光伏模塊冷卻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種芯片模塊冷卻裝置(25)。該芯片模塊包括兩個流體回路，分別對應(yīng)于流入流體回路(i)和排出流體回路(o)，其中兩個流體回路中的每一個均包括形成樹結(jié)構(gòu)的孔(Oi、Oo)和通道部(CPi,CPO)的布置，其中樹結(jié)構(gòu)的分支表現(xiàn)為孔，而樹結(jié)構(gòu)的節(jié)點表現(xiàn)為通道部，分支僅將節(jié)點連接到一個子節(jié)點，從而具有相同的父節(jié)點的若干節(jié)點為同胞節(jié)點。兩個流體回路中的每一個均進一步延伸穿過所述樹結(jié)構(gòu)的L個層級(L1-L3)，其中L≥3，并且經(jīng)由對應(yīng)于樹結(jié)構(gòu)的葉節(jié)點的通道部與兩個流體回路中的另一個處于流體連接。對于兩個流體回路中的每一個，對應(yīng)于同胞節(jié)點的通道部是：平行的；與對應(yīng)于所述同胞節(jié)點的祖父節(jié)點的通道部(若存在)平行的；并且與對應(yīng)于所述同胞節(jié)點的父節(jié)點的通道部不平行的。最后，其中一個流體回路的通道部與另一個流體回路的通道部平行并相間。
【專利說明】光伏模塊冷卻裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及用于光伏接收器的冷卻裝置和配備有這樣的冷卻裝置的光伏接收器。

【背景技術(shù)】
[0002]需要某些定義:
[0003]-光伏(PV)通過呈現(xiàn)光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體將太陽輻射轉(zhuǎn)換為直流電而產(chǎn)生電功率；
[0004]-光伏電池(或者PV電池，也被稱作“太陽能電池”或“光電電池”)為固態(tài)器件，其憑借光伏效應(yīng)將光的能量直接轉(zhuǎn)換為電能；
[0005]-光伏模塊(也被稱作“太陽能模塊”、“太陽能面板”或“光伏面板”)為被連接的光伏電池的組件；
[0006]-光伏系統(tǒng)通常包括光伏模塊陣列、逆變器和互連導(dǎo)線；
[0007]-集熱器(也被稱作“太陽能集熱器”)通過吸收通常為太陽的輻射來收集熱；
[0008]-熱交換器為有效將熱從一個介質(zhì)傳遞到另一個介質(zhì)的裝置/單個設(shè)備；
[0009]-在電子系統(tǒng)中，熱沉為通過將熱散發(fā)到周圍介質(zhì)來冷卻裝置的部件；
[0010]-太陽熱能(STE)涉及將太陽能用于熱能(加熱)的技術(shù)。STE不同于將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的光伏，并被認為效率遠高于光伏。
[0011]-集中式太陽能發(fā)電(也被稱作“集中式太陽能發(fā)電”或CSP)系統(tǒng)利用鏡子或透鏡將大區(qū)域的太陽熱能集中到小區(qū)域，使得可以在集中的光線被轉(zhuǎn)換成熱時產(chǎn)生電能(也被稱作“功率”)，該熱驅(qū)動連接到發(fā)電機的熱引擎(例如，蒸汽渦輪機)。集中的普通形式為:拋物線型槽、碟式斯特林(Stirlings)、集中線性菲涅耳(Fresnel)反射器和太陽能塔。
[0012]-集中式光伏(CPV)系統(tǒng)使用光學(xué)器件(例如透鏡)來將大量的太陽光集中到太陽能光伏材料的小區(qū)域來產(chǎn)生電能。集中允許用于生產(chǎn)更小面積的太陽能電池。
[0013].CPV不應(yīng)當與CSP混淆:在CSP中，集中的太陽光被轉(zhuǎn)換為熱，然后熱被轉(zhuǎn)換成電，而在CPV中，集中的太陽光通過使用光伏效應(yīng)被直接轉(zhuǎn)換成電；
[0014]-光伏熱混合式太陽能收集器(也被稱作“混合式PV/T系統(tǒng)”或PVT)為將太陽輻射轉(zhuǎn)換為熱能和電能的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)將光伏電池與太陽能集熱器結(jié)合，該光伏電池將光子能轉(zhuǎn)換為電能，該太陽能集熱器獲取剩余的能量并將廢棄的熱從PV模塊中移除。一般認為有兩類PVT收集器:
[0015]-PV/T流體收集器(空氣或液體)。在液體收集器中，典型的水冷設(shè)計使用附接到PV模塊的背部的傳導(dǎo)性金屬管或板。工作流體典型為水或乙二醇。來自PV電池的熱被通過該金屬傳導(dǎo)并被工作流體吸收，假定工作流體比電池的運行溫度更低。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該熱或者被排出(以冷卻它)或者在熱交換器中被傳遞，在熱交換器中它流向它的應(yīng)用。在開環(huán)系統(tǒng)中，該熱在流體返回到PV電池之前被使用或排出；
[0016].PV/T集中器(CPVT)，其中提供一種集中系統(tǒng)來減少需要的太陽能電池的數(shù)量。與平面PV/T收集器相比，CPVT可以達到非常良好的太陽能熱性能。然而，CPVT的主要障礙在于提供太陽能電池的良好冷卻和耐久的追蹤系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]根據(jù)第一個方面，本發(fā)明被實施為芯片模塊冷卻裝置，包括兩個流體回路，分別對應(yīng)于流入流體回路和排出流體回路,其中兩個流體回路中每一個:
[0018]-包括形成樹結(jié)構(gòu)的孔和通道部的布置，其中
[0019]-樹結(jié)構(gòu)的支路表示孔；并且
[0020]-樹結(jié)構(gòu)的節(jié)點表示通道部，支路將節(jié)點鏈接到僅一個子節(jié)點，從而具有相同的父節(jié)點的若干節(jié)點為同胞節(jié)點；并且
[0021]-延伸穿過樹結(jié)構(gòu)的L個層級，其中L>3，并且經(jīng)由對應(yīng)于樹結(jié)構(gòu)的葉節(jié)點的通道部與兩個流體回路中的另一個處于流體連接，
[0022]并且其中，對于兩個流體回路中的每一個，對應(yīng)于同胞節(jié)點的通道部:
[0023]-彼此平行；并且
[0024]-不平行于與同胞節(jié)點的父節(jié)點對應(yīng)的通道部，
[0025]并且其中一個流體回路中的通道部與另一個流體回路的通道部平行并相間。
[0026]本發(fā)明的實施例可以包括下列特征中的一個或多個:
[0027]-在樹結(jié)構(gòu)的一個或多個層級，并且對于兩個流體回路中的每一個，與同胞節(jié)點對應(yīng)的通道部平行于與同胞節(jié)點的祖父節(jié)點對應(yīng)的通道部；
[0028]-在樹結(jié)構(gòu)的一個或多個層級，并且對于兩個流體回路中的每一個，與同胞節(jié)點對應(yīng)的每個通道部沿著一個方向延伸，該方向與同胞節(jié)點的父節(jié)點的延伸方向一起形成一對交叉線，并且，優(yōu)選地，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部跨越平行于同胞節(jié)點的父節(jié)點的平面；
[0029]-對于I彡I彡L-1，兩個流體回路的每個在L個層級的每層級1^包括:
[0030].所述孔的N1個孔，每個孔導(dǎo)向所述通道部的相應(yīng)一個通道部；并且
[0031].N1個平行通道部，N1個通道部的每一個允許流體分布到下一個層級的B1+1個孔，其中:B1+1 = N1JN1 ;B2 彡 2 且 B3 彡 2 ;
[0032]-在所述L個層級的給定層級L111，其中2彡m彡L，一個流體回路的孔的位置對應(yīng)于第一有限陣列的第一離散點，所述第一離散點由一組通過R = niai+n2a2定義的離散變換量R生成，其中H1和H2為整數(shù)并且％和a2為線性獨立向量，并且其中:
[0033].在層級Lnrl，通道部沿著或平行于延伸；并且
[0034].在層級Lm，通道部沿著或平行于a2延伸；并且
[0035].另一個流體回路的孔的位置對應(yīng)于第二有限陣列的第二離散點，該第二離散點由通過r = X1B^X2B2定義的變換量r從第一有限陣列轉(zhuǎn)換而來,其中O < X1 < I且O彡X2< 1，并且優(yōu)選 X1 = X2 = 1/2 ;
[0036]-所述兩個流體回路的每一個在所述L個層級的至少一個層級L1包括:形成Na個嚴格平行的通道線路的N1個通道部，其中B1 ( Ncl ( N1, Ncl個通道線路中的每一個包括布置成直線的通道部，并且其中優(yōu)選Na = B1 ；
[0037]-所述兩個流體回路的每一個在所述L個層級的每一個層級L1包括:形成B1個嚴格平行的通道線路的N1個通道部，每個所述通道線路包括Bh個布置成直線的通道部，并且優(yōu)選地，在所述L個層級的一個或多個，在給定通道線路中的通道部被連接來允許在所述給定通道線路中的從一個通道部到另一個通道部的流體連通；
[0038]-在所述L個層級的給定層級L111，其中I彡m彡L，流入流體回路的Na個嚴格平行的通道線路與排出流體回路的Na個嚴格平行的通道線路相間，流入流體回路的每個通道線路與排出流體回路的每個通道線路平行；
[0039]-在所述L個層級的給定層級Lm并且對于兩個流體回路中的每個流體回路，Nm個通道部中的至少一些具有非恒定的截面，并且優(yōu)選包括與Nm個孔的相應(yīng)一個孔面對面的擴大區(qū)域；
[0040]-在所述L個層級的給定層級Lni,例如在層級L3:
[0041]?兩組孔(每組包括Bm個孔)被布置成與前一個層級Lnrl的相應(yīng)的最外的通道對應(yīng)；并且
[0042].兩組的Bm個孔的每個和/或它們相應(yīng)的通道部的每個具有沿著層級Lm的通道的延伸方向減小的尺寸；
[0043]-該冷卻裝置進一步包括熱傳遞結(jié)構(gòu)，被布置用于將一個流體回路連接到另一個，其中熱傳遞結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括硅；
[0044]-熱傳遞結(jié)構(gòu)包括熱傳遞通道部，熱傳遞通道部中的每個將與流入流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的至少一個通道部連接到與排出流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的一個通道部，并且其中，優(yōu)選地，每個熱傳遞通道沿著相對于它連接的通道部的延伸方向旋轉(zhuǎn)(優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)90° )的方向延伸；
[0045]-一個層級的所有孔的橫截面區(qū)域累加的寬度與另一個層級的橫截面區(qū)域的所有孔累加的寬度基本上相等，相差為±15%，該另一個層級優(yōu)選為所有的其他層級中的一個；
[0046]-L個層級中的一個或多個層級包括兩個疊加的層，所述兩個疊加的層的第一個層包括作為通孔的孔，所述兩個疊加的層的第二個層包括作為通孔的通道部，并且其中，優(yōu)選地，所述兩個疊加的層由不同的材料制成。
[0047]根據(jù)另一個方面，本發(fā)明被實施為光伏接收器，包括光伏模塊和根據(jù)任一個前述實施例的冷卻裝置，其熱連接到光伏模塊。
[0048]現(xiàn)在將以非限制性的方式并參考附圖描述設(shè)備和裝置以及系統(tǒng)和操作該設(shè)備和裝置的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]-圖1示出了用于光伏裝置的多層冷卻裝置的分解3D視圖；
[0050]-圖2聚焦于特定的通道部圖案，其被設(shè)計用于圖1的裝置的給定層；
[0051]-圖3描繪了表示冷卻裝置的孔和通道部的布置的3D樹結(jié)構(gòu)；
[0052]-圖4示出了安裝在冷卻裝置上的光伏裝置的側(cè)視圖；
[0053]-圖5為安裝在冷卻裝置上的這種光伏裝置的3D視圖；
[0054]-圖6為用于光伏裝置的集熱器的3D視圖；
[0055]-圖7為圖6的部分視圖，示出了集熱器的截面；
[0056]-圖8為光伏熱混合式太陽能接收器的截面圖；
[0057]-圖9為另一種光伏熱混合式太陽能接收器的截面圖；
[0058]-圖10為光伏熱混合式太陽能系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0059]-圖11為在操作諸如圖10中描繪的光伏熱混合式太陽能系統(tǒng)的方法中實施的步驟的流程圖；
[0060]-圖12-13為光伏熱混合式太陽能系統(tǒng)的簡化表不圖；
[0061]-圖14-15為基于附加光伏熱混合式太陽能裝置的系統(tǒng)的示意框圖；
[0062]-圖16為示出在混合式接收器的輸入平面的層級處的輻射強度分布的曲線圖，同時沿著該系統(tǒng)的光軸移置該混合式接收器；
[0063]-圖17為示出由混合式接收器的集熱器和PV芯片獲取的總輻照度的曲線圖，同時沿著該系統(tǒng)的光軸移置該混合式接收器；
[0064]-圖18為比較由各種CPVT系統(tǒng)輸出的電功率的曲線圖；
[0065]-圖19為使用追蹤器太陽能傳感器信息的短期局部天氣預(yù)測的系統(tǒng)的簡化示意圖；并且
[0066]-圖20概略地描繪了控制系統(tǒng)的示例——計算單元，適于實現(xiàn)操作諸如在圖10、12-15和19中描繪的系統(tǒng)的方法的步驟。

【具體實施方式】
[0067]本發(fā)明形成整體的CPVT方案的一部分。這種方案以新穎的光伏接收器為中心。這些方案的方面涉及這種接收器、用于這種接收器的冷卻裝置、光伏熱混合式系統(tǒng)和操作方法。
[0068]首先，本發(fā)明的一般方面將與一些它的高級變形一起被討論(下面的第一部分)。然后在第二部分描述各個實施例。
[0069]1.本發(fā)明的一般實施例
[0070]本發(fā)明涉及新穎的芯片模塊冷卻裝置設(shè)計，包括兩個流體回路(流入和排出)。這些回路的每一個包括孔和通道部的特定設(shè)置，其中通道部根據(jù)自相似性圖案被分成旋轉(zhuǎn)的通道部集合等。
[0071]更正式地講，該布置被描述為形成樹結(jié)構(gòu)，該樹結(jié)構(gòu)的分支表示孔并且節(jié)點表示通道部。每個回路進一步延伸穿過該樹結(jié)構(gòu)的L層級(L3 3)，并經(jīng)由葉通道部(即對應(yīng)于樹的葉節(jié)點)與其它回路處于流體連接。對于每個回路，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部彼此平行并且此外與對應(yīng)所述同胞節(jié)點的父節(jié)點不平行。最終，一個回路的通道部與其它回路的通道部平行并相間。
[0072]諸如上面描述的結(jié)構(gòu)允許在熱交換器的層級上實現(xiàn)密集的和均勻的通道布置。涉及特定實施例的更多細節(jié)將在下面被討論。
[0073]附圖被組織如下:
[0074]-諸如圖1-4描繪的冷卻裝置25可以有利地被用來冷卻PV接收器，如圖4和5所示。
[0075]-PV接收器21可以有利地被諸如在圖6、7中描繪的集熱器22補充，
[0076]-這導(dǎo)致諸如在圖8、9中描繪的混合式接收器。
[0077]-所述混合式接收器可以進而被用在諸如圖10、12-15描繪的系統(tǒng)10中。
[0078]-所述系統(tǒng)10可以被補充以允許短期的天氣預(yù)報，圖19；
[0079]-上述系統(tǒng)10可以根據(jù)諸如在圖11的流程圖中獲取的方法操作；
[0080]-控制系統(tǒng)用來實施在圖20中描繪的這種方法。
[0081]2.特定實施例
[0082]本節(jié)被分成子節(jié)2.1到2.3，其中:
[0083]- 2.1節(jié)描述了新穎的冷卻裝置，其被特別設(shè)計用于光伏接收器；
[0084]- 2.2子節(jié)提出了新穎的光伏熱混合式接收器；并且
[0085]- 2.3子節(jié)涉及操作光伏熱混合式太陽能接收器和系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。
[0086]2.1.用于光伏接收器的冷卻裝置
[0087]冷卻裝置的主要方面(和變體)在2.1.1子節(jié)中被討論。2.1.2子節(jié)涉及實施細節(jié)。
[0088]2.1.1.冷卻裝置和變體的主要方面
[0089]在圖1-5中，使用下列注釋:
[0090]- L1表示在L個總層級中的第I層級；
[0091]-在層級1:
[0092].0ih表示流入回路的第h個孔(Oa為其用于排出回路的對應(yīng)孔);
[0093].類似地，CPih表示流入回路的第h個通道部(CPtjh屬于排出回路)。例如，CPil表示流入回路在層級I的第一通道部；
[0094]-在層級2:
[0095].0ihk表示來自CPih的第k個孔；
[0096].CPihk表示對應(yīng)的通道部；
[0097]-在層級3:
[0098].0ihkl表示來自CPihk的第I個孔，
[0099].CPihkl表示對應(yīng)的通道部；
[0100]-等等。
[0101]索引hkl…的數(shù)字被用來標注特定的孔或通道部，其對應(yīng)所述孔或通道部屬于的層級。例如，Oihk屬于層級2,同時Oihkl屬于層級3。
[0102]一般參照圖1-5并更具體參照圖1和3，如實施例中包含的芯片模塊冷卻裝置(或冷卻器)25包括兩個流體回路:流入流體回路i和排出回路O。每個回路包括孔OpOtj和通道部CPiXPd^布置?？自谙旅婺承┑胤揭仓复鸀楣茏?它們實際上被給定為各種合適的形狀，諸如為噴嘴。該布置可以被認為形成(或反映)樹結(jié)構(gòu)。這種樹結(jié)構(gòu)的示例在圖3中描繪，其中:
[0103]-支路表不孔Oi'O。并且
[0104]-節(jié)點表示通道部CPpCP。。
[0105]眾所周知在樹結(jié)構(gòu)中，支路僅將節(jié)點鏈接到子節(jié)點；共享相同的父節(jié)點的節(jié)點被稱作同胞或同胞節(jié)點。因而，與同胞節(jié)點對應(yīng)的通道部可以被稱作同胞通道部。
[0106]每個流體回路延伸穿過所述樹結(jié)構(gòu)的L層級(即圖1中的L1到L3)。與本冷卻裝置相關(guān)的理念要求至少L彡3層級。L可以更大，例如參見圖3。在圖1中，層級L4可以被認為樹結(jié)構(gòu)的附加層級。然而，L4包括修改的孔結(jié)構(gòu)；它進一步包括熱交換器的通道部，這將在稍后描述。
[0107]回路在最終層級處(即，樹結(jié)構(gòu)的最低層級)(或之后)經(jīng)由對應(yīng)于該樹結(jié)構(gòu)的葉節(jié)點的通道部彼此相連。流體回路的連接可以經(jīng)由或不經(jīng)由最終“葉”通道部直接實現(xiàn)。所述連接可以例如包括在該樹結(jié)構(gòu)的葉通道部“之后”的附加的孔或任何類型的連接結(jié)構(gòu)(通道、狹縫等)。下面給出了示例。所述附加裝置不需要反映到上述的樹結(jié)構(gòu)。然而從流入回路到排出回路的流體連通經(jīng)由該樹的最低層級而實現(xiàn)。
[0108]現(xiàn)在，對于兩個流體回路的每一個，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部必須滿足兩個條件:
[0109]-第一，它們彼此平行，S卩，同胞通道部延伸的主要方向(或直線)彼此平行。在這里平行應(yīng)根據(jù)平行的歐幾里得(Euclid)定義理解，即平行意指嚴格平行并涉及兩個平行的不同的通道部。在圖1的示例中，可以看到同胞通道部是平行的；這例如是這樣的情況:
[0110]?在層級2 (L2):對于用于流入回路i的通道部CPm、CPil2和CPil3。對于對應(yīng)的排出通道部CP&、CPt5l2和CPt5l3同樣如此；或者
[0111].在層級3 (L3):對于通道部CPq131、CPq132等；
[0112]?注意在層級I (L1),對于每個回路(i或者O)僅有一個通道部(CPil或0^)，僅形成一個通道。
[0113]-第二，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部沿著各自方向延伸，其中沒有一個平行于對應(yīng)于父節(jié)點的通道部的延伸方向(例如比較，L3-通道部與L2-通道部，L2-通道部與L1-通道部)。
[0114]?假定所述方向沒有相間(這將最后能改進緊湊性)，或者它對應(yīng)同胞節(jié)點的每個通道部沿著與它們的父節(jié)點的延伸方向一起的方向延伸，形成一對交叉線。該條件將對于兩個流體回路中的每個在樹結(jié)構(gòu)的給定的層級或可能更多層級被滿足；
[0115].更好的，同胞節(jié)點可以跨越平行于所述同胞節(jié)點的父節(jié)點的平面；
[0116].同胞因而可以被描述為“旋轉(zhuǎn)的”，優(yōu)選相對它們的父通道部旋轉(zhuǎn)90° (如圖1或圖3中的情形)。旋轉(zhuǎn)的程度取決于由孔構(gòu)成的圖案，如在下面具體解釋的那樣。
[0117]通道部可以有利地滿足下面的附加條件:
[0118]-第三，如果可能的話，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部優(yōu)選為嚴格地平行于對應(yīng)所述同胞節(jié)點的祖父節(jié)點的通道部。這顯著地為在圖1中的情形，對于所有的L3-通道部肋。131、CP0132等)平行于層級I的CPtjl或CPn。應(yīng)該了解到該第三條件允許改進的緊湊性、簡化設(shè)計并且因而使該裝置的制造變得容易，尤其在L > 3時。
[0119]?然而，這不是嚴格的條件(尤其如果L = 3的話)。例如，
[0120]L3-通道部可以不平行于它們的L1-祖父通道部延伸，而不嚴重影響該裝置的基本特性。
[0121]?例如這可以為這樣的情形:如果其他限制(元件、制造)不得不將祖父通道部從它們的理想延伸方向移開。
[0122]-第四，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部優(yōu)選跨越在與對應(yīng)父節(jié)點的通道部平行的平面上。此外，這可以改進緊湊性和/或簡化設(shè)計和制造。然而該第四條件不嚴格，因為該父通道部可以在與同胞通道部相同的平面上延伸(盡管相對于后者旋轉(zhuǎn))。特別地，在圖1中，可以看到:
[0123]?通道部CPm、CPil2和CPil3在部件211的上平面開口，該上平面(嚴格)平行于通道部CPil延伸的主要方向(CPm、CPil2和CPil3的父節(jié)點)。
[0124].然而，CPil延伸的主要方向接近由CPm、CPil2和CPil3延伸的主要方向跨越的平均平面或被包括在該平面中。由于在層級I僅有一個流入通道和一個排出通道，然而后者可以容易地集成在與它們的子通道部相同的裝置模塊251中。
[0125].然而，由于在圖1的示例中采用的層結(jié)構(gòu)，層級3的通道部不屬于與層級2的通道部相同的層。對應(yīng)于層級3的同胞節(jié)點的通道部現(xiàn)在跨越嚴格平行于對應(yīng)父節(jié)點的通道部的平面；
[0126].因而，應(yīng)理解同胞通道部可以有利地跨越平行于它們的父通道部的平面，這屬于另一個限制。
[0127]最終，流入回路的通道部(例如CPm、CPil2和CPil3)與排出回路的通道部(例如CP011XP012和CPt5l3)平行并相間。如圖1或圖3所示，相間意味著兩只手互連的伸出的手指鎖在一起。由于該裝置已經(jīng)滿足這些條件，所以相間涉及對應(yīng)于該樹結(jié)構(gòu)的相同層級的通道部。
[0128]在圖3中示出了相似的布置。圖3實際上描繪的是3D樹結(jié)構(gòu)，S卩，樹的抽象，表示孔和通道部的布置。然而，應(yīng)該理解冷卻裝置可以被實現(xiàn)為圖3描繪的通道的幾何形狀。在圖3中，對于流入/排出回路(1、o)的每一個，對應(yīng)于同胞節(jié)點的通道部滿足前者描述的相同的條件。即:
[0129]-第一，同胞彼此平行，例如為這樣的情形:
[0130]?通道部CPm和同胞:對于它們的排出對應(yīng)部分(為了清楚起見，沒有提及全部通道部)情況相同；或者
[0131].通道部CPilll和平行的同胞；以及
[0132].此外，在層級1，對于流入回路僅有一個通道部CPil (并且對于排出回路也是如此)。
[0133]-第二，它們不平行于對應(yīng)所述同胞節(jié)點的父節(jié)點的通道部(例如比較CPilll和CPm)。代之以它們之間旋轉(zhuǎn)90° ;
[0134]-第三，同胞進一步平行于對應(yīng)所述同胞節(jié)點的祖父節(jié)點。這顯著地為層級3的所有通道部的情形(CPilll和同胞，流入回路)，它們平行于它們唯一的祖父通道(CPil，層級1，流入回路)；以及
[0135]-第四，對應(yīng)同胞節(jié)點的通道部(例如，CPilll和同胞，流入回路)跨越平面，該平面在圖3的實施例中嚴格平行于對應(yīng)父節(jié)點的通道部(即，CPil，流入回路)。
[0136]諸如上面描述的結(jié)構(gòu)允許在熱交換器層級實現(xiàn)密集和均勻的通道布置，即，在葉層級“之后”。至少在一些情形中，上述的第三條件進一步改進最終的緊湊性。第四條件可以忽略，取決于祖父的數(shù)量。相間導(dǎo)致通道的均勻分布并允許最小化流體軌道。由于通道劃分和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不規(guī)則狀的圖案使得顯著地優(yōu)化熱交換成為了可能。另外，特別的實施方式允許最小化用于冷卻劑流動所需的泵送功率。詳細的示例在下面給出。
[0137]另外，這樣的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造原理是可易于擴展的，這是有利的，例如對于多芯片光伏電池來說，后者的尺寸可以實質(zhì)上超過點通常的集成電路(IC)芯片。
[0138]由本發(fā)明人執(zhí)行的測試已經(jīng)顯示出通常的芯片冷卻裝置(其中流體回路可被視為分割成單層級的多個管嘴/通道)可以被成功地用來冷卻傳統(tǒng)的IC芯片，而不需要不合理的泵送努力。因此對于冷卻傳統(tǒng)的IC芯片，可擴展性不會成為問題?，F(xiàn)在，傳統(tǒng)的IC芯片冷卻裝置在尺寸上不適合用于多芯片光伏電池。然而由于多芯片光伏裝置與通常的IC芯片相比，如果想要將傳統(tǒng)冷卻裝置用于(更大的)多芯片光伏裝置，那么可以首先試圖將這樣的傳統(tǒng)冷卻裝置平行放置。然而，實驗已經(jīng)顯示這是不合適的，這是因為由于由平行的冷卻裝置獲得的不均勻的冷卻，所以多芯片光伏裝置的某些區(qū)域?qū)⒉槐涣钊藵M意地冷卻。接下來，如果想要將傳統(tǒng)的IC芯片冷卻裝置擴大到傳統(tǒng)的多芯片光伏裝置的尺寸(其中尺寸大致乘以大于5的因子，與典型的IC芯片相比)，那么另一個問題出現(xiàn)了。在該情形中，本發(fā)明已經(jīng)理解擴大的冷卻裝置要求(太)大的泵送努力。
[0139]與之相比，包括之前描述的孔/通道部的多層級和相間的布置的冷卻裝置是在結(jié)構(gòu)上可擴展的。
[0140]由于通道部的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這樣的構(gòu)造原理進一步允許在葉層級達到通道部的密集布置。通道和管嘴的截面的尺寸都應(yīng)該很可能從一層級下降到另一層級，同時通道部和管嘴的數(shù)量從一層級增加到另一層級?？梢岳斫馔ǖ赖母叨炔皇顷P(guān)鍵:例如，在實施例中，通道的高度垂直延伸到在其中提供通道的層的厚度。然而，通道部的寬度(在截面中，垂直于通道內(nèi)的流動方向)將典型地下降。換句話說，如果通道的密度在層級η為最大，那么通道截面將可能在η-1大于層級η。如上面描述的結(jié)構(gòu)允許縮短到熱傳遞結(jié)構(gòu)和在熱傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動路徑；其進一步允許可擴展性，同時保持適度的泵送努力。
[0141]通常，所述兩條流體回路中的每個在每層級L1Q彡I彡L-1)包括:
[0142]-N1個孔(或者管嘴)，每個引向相應(yīng)的通道部。孔通常在相應(yīng)的通道部的中間(除了在該裝置的邊緣)分支。可以設(shè)想其他分支幾何形狀，但是這些形狀預(yù)期的效率低。
[0143]- N1個平行通道部。進而，所述N1個通道部中的每個通道部應(yīng)當能使流體分布到下一層級L1+1的B1+1個孔，其中B1+1為分支因子，由B1+1 = N1+1/Nx定義。通道回路的連續(xù)分割要求B2彡2和B3彡2 可以被假定為等于I。例如，在圖3中:
[0144]-Oil 引向 CPil (層級 LB1 = I)
[0145]- CPil由0m、0il2和Oil3分成相應(yīng)的通道部(CPm和同胞，層級2，B2 = 3)
[0146]-每個L2-通道部(CPill和同胞)導(dǎo)向四個通道部。例如，CPm導(dǎo)向CPilll(經(jīng)由Oilll)，以及經(jīng)由相應(yīng)的孔導(dǎo)向三個其他的平行通道部(同胞)；CPil2導(dǎo)向CPil21，以及導(dǎo)向三個其他的平行通道部(同胞)等。因而，在層級2:流入回路的每個通道部使得流體能夠分布到下一層級L3的B3 = 4個流入孔(例如，Oillk, k = I, 2, 3，4)。這同樣適用于排出流體回路的通道部。
[0147]換言之，每個流體回路下面的樹結(jié)構(gòu)通常是平衡的，如圖3所示，S卩，分支因子Bm+1優(yōu)選為在給定的層級Lm同樣用于每個通道部，從而該裝置的設(shè)計和制造都很變得更容易。
[0148]-接下來，孔/通道部的布置可以被設(shè)計為使得每個回路具有恰好相同的幾何形狀，這簡化了該裝置的制造和組裝。同時，所述布置可以被設(shè)計為優(yōu)化在葉層級，即，在熱交換器的附近的流體分布。一種可能性是，在給定層級Lm (2L)，使一個流體回路的孔的位置對應(yīng)第一有限陣列的第一組離散點。模擬于2D結(jié)晶，該第一陣列可以被認為由一組離散變換R生成，即由R = niai+n2a2定義，此處Ii1和n2為整數(shù)并且和a2為線性獨立向量(如在線性代數(shù)中定義的)。在層級Lnrl處的通道部沿著或平行于延伸并且在層級Lm處的通道部沿著或平行于a2延伸。最終，其他流體回路的孔的位置可以對應(yīng)第二有限陣列的第二組離散點，其由第一陣列通過由r = x^+x；^定義的變換量r轉(zhuǎn)換而來,其中O < X1< I且O彡X2 < I。優(yōu)選地,當選擇X1 = X2 = 1/2時,這優(yōu)化了在熱交換的層級的流體分布的均勻性。選擇X1或X2古1/2將代之以在整個流體結(jié)構(gòu)中的軌道組中導(dǎo)向不均勻，并且于是將導(dǎo)致在熱交換器內(nèi)的不均勻的流體分布，產(chǎn)生不均勻的冷卻。注意到對于m < L-1,我們有0<11<1且0<&<1，同時對于m = L，我們有O彡Χι<1且0<χ2<1或者0<11<1且0<12<1。此外，作為上述布置的結(jié)果，在層級L1的N1個通道部相對于下一/前一層級的通道部旋轉(zhuǎn)，通常對于方形格柵的旋轉(zhuǎn)角度為α = π/2，如圖3所示。
[0149]如果該格柵的基本單元不同(例如，傾斜的格柵)，那么對應(yīng)于給定父節(jié)點的子節(jié)點將相對于父通道部旋轉(zhuǎn)角度α并且孫代通道部將優(yōu)選旋轉(zhuǎn)角度η _α，將于所述父通道部相位相同。
[0150]例如，在圖3中，在層級L3處，{0m1、0il21、0ill2...}映射到第一陣列，第一陣列由變換量R = nA+rv^產(chǎn)生。在層級L2的通道部(例如,CPilll和同胞)沿著或平行于S1延伸，并且在層級L3的通道部沿著或平行于&2延伸。最終，在任一層級，其他流體回路(為了清楚起見沒有標識)的孔的位置對應(yīng)于第二陣列的第二組離散點。L1到L3排出孔通過r =(ai+a2)/2從第一陣列轉(zhuǎn)換而來。接下來，為了允許邊緣效應(yīng)，L3-通道部被修改:最左流入通道部被縮小(比較CPilll與CPil21)并且對應(yīng)的孔在它的一個端部分支；排出結(jié)構(gòu)相對于流入回路簡單旋轉(zhuǎn)(繞著Oil旋轉(zhuǎn)π )并且仍然移位。結(jié)果，L4排出孔僅通過r = &1/2從第一陣列轉(zhuǎn)換而來，與該事實保持一致:如上提示的，對于m = L，用于X1和X2的條件變?yōu)镺彡Χι<1且0<χ2<1或者0<11<1且0彡&<1。這樣的布置具有幾個優(yōu)點:⑴它使得流入回路和排出回路具有恰好相同的結(jié)構(gòu)(排出回路簡單地相對于流入回路旋轉(zhuǎn))成為可能；(?)它進一步使得在層級4的從一個回路到另一個回路的流體軌道相等(在一個流入孔到最近的排出孔之間的流體路徑長度為|ai|/2);以及(iii)這兩個回路具有相同的覆蓋區(qū)(方形格柵)。
[0151]接下來，取決于孔布置，通道部的子集可以在給定層級再次接合來畫出通道線路(例如來自圖3的層級3中的這樣的子集的CPim、CPil21和CPil31)。通常，在任何這樣的子集中的兩個鄰接的通道部為表親(例如，CPilll和CPil21)。相應(yīng)地，可以推斷出，在該示例中，在任何層級的任何兩個通道部或者嚴格平行(如CPilll和CPil21同胞)，或者沿著相同的線路延伸(如CPilll和CPil21表親)。在這方面，由于線路可以由點和方向向量定義，并且兩條線路如果它們沒有根據(jù)歐幾里得定義(這里兩條平行直線被稱為嚴格平行)，則可以被定義為平行。因此，在任何層級的任何兩條通道部至少嚴格平行。
[0152]注意到諸如在之前段落討論的設(shè)計選項可以由孔的位置暗示，特別地如果后者映射到如上所述的陣列。在所有的情形中，由于通道部的子集沿著相同的方向延伸，該設(shè)計選項實質(zhì)簡化了冷卻裝置的幾何形狀和制造。給定的通道線路應(yīng)該包括布置在線路中的通道部，其中可能使一個通道部到另一個通道部的流體連通成為可能。是否這么做將實際上取決于各種參數(shù)、流動速率、通道截面等。例如，流體回路1、ο的每個可以包括(至少在它的一個層級L1) =N1個通道部形成Na個嚴格平行的通道線路CpC。，其中Na個通道線路的每個包括布置成直線的通道部。事實上，在給定的層級，同胞通道部嚴格平行(例如，圖3，CPilll和CPill2，層級3)，但是一些具有不同父(例如，CPilll, CPil21和CPim)的通道部可以被布置成直線，導(dǎo)致Nd個平行通道(在圖3的例子中，在層級3，Nra = 4)。布置成直線的通道部不一定處于流體連通:例如，可以在布置成直線的通道部之間或在通道部之間具有壁。注意根據(jù)上述定義，必須具有B1 ( Ncl (隊。
[0153]通過設(shè)置Na = B1獲得特別簡單的設(shè)計，從而Na個平行通道線路對應(yīng)Na條孔的平行線路，如圖3所示，層級3。相應(yīng)地，每條流體回路可以包括形成B1條嚴格平行的通道線路的N1個通道部。在該情形中，每條通道線路包括Bh個布置成直線的通道部(并且其可能在每層級L1)。此外，在給定的通道線路中的通道部可以被連接來使一個通道部到另一個通道部能夠流體連通?，F(xiàn)在，一條通道線路可以包括唯一的通道部。例如，在層級1，假定在該情形中B。= 1，則具有Cil = CPil ;在層級2，由于B1 = 1，具有Cm = CPm等。然而，在層級3，有Nra = B3 = 4條平行通道線路(對于每條流體回路)，這些線路對應(yīng)孔的相應(yīng)的平行線路，并且每個包括3個孔和3條相應(yīng)的通道部(B2 = 3)。
[0154]此外，理想的是進一步改進該布置的緊湊性，以最小化流體管道。為了該目的，在給定層級Lm(l < m < L)，流入流體回路的Na個嚴格平行的通道線路Ci可以有利地與排出流體回路的Na條嚴格平行的通道線路C。相間。相應(yīng)地，在層級Lm，流入流體回路的每條通道線路導(dǎo)致與排出流體回路的每條通道線路平行。通道線路的相間可以實際上形成在若干層級，并且更優(yōu)選地形成在每層級，這里通道部可以形成通道線路，以增強緊湊性。在這方面，應(yīng)該牢記圖1和3描繪了簡單的示例，但是事實上可以補充通道部的附加層級(和層)。
[0155]接下來，通道部的特定圖案將被參照圖1(放大的“B”區(qū)域)和圖2(關(guān)注于被設(shè)計用于圖1的裝置的子層SL32的放大的“B”區(qū)域示出的特定圖案)討論。S卩，在給定層級Ln^P對于每個流體回路，Nm個通道部中的至少一些可以被設(shè)計來具有不恒定的橫截面。如圖2中看到，流入和排出通道部可以被合適地移位(即，相間)來維持壓縮布置(例如比較CPil24和CPt5l24)。更具體地，所述通道部的每個均可以包括擴大的區(qū)域，該區(qū)域與Nm個孔中的相應(yīng)一個面對面，以改進從/到相應(yīng)通道部(在給定層級Lm)的流體分布。
[0156]可以設(shè)想附加的設(shè)計選項，其考慮邊緣效應(yīng)。例如，在給定層級Lm(例如圖1中的L3),兩組孔(例如Oml^POtjl3kA= 1、2...)，每組包括Bm個孔，被布置成與前一層級Lnrl相應(yīng)的最外通道(例如CPm和CPt5l3)對應(yīng)。然后，在沿著層級1^延伸的特定方向(S卩，圖1的方向X)，兩組所述Bm個孔的每一個和/或每個它們的相應(yīng)通道部可以具有縮小的尺寸。
[0157]除了多支管系統(tǒng)，冷卻裝置可以進一步包括熱傳遞結(jié)構(gòu)24，以將液體供應(yīng)到熱傳遞結(jié)構(gòu)或從熱傳遞結(jié)構(gòu)抽取液體，如圖1和圖4所示。在變體中，熱傳遞結(jié)構(gòu)24可以首先與光伏模塊集成，并且隨后連接到冷卻裝置。在所有的情形中，熱傳遞結(jié)構(gòu)24可以被配置來連接一個流體回路到另一個流體回路。熱傳遞結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括硅，并且更優(yōu)選為整體由硅制成，其理由將在隨后討論。
[0158]熱傳遞結(jié)構(gòu)可以例如包括熱傳遞通道部(例如圖1中的CPtl311、CPtl312，放大的區(qū)域“D”)。每個所述傳遞通道部與流入流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的至少一個通道部(例如，圖1中的CPil31)連接到與排出流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的一個通道部(例如，圖1中的CPtjm)。
[0159]優(yōu)選地，每個熱傳遞通道部沿著相對于它連接的通道部延伸的方向旋轉(zhuǎn)的方向延伸，遵從與已經(jīng)關(guān)于冷卻裝置的樹結(jié)構(gòu)通道部討論過相同的原理。
[0160]類似地，熱傳遞通道部可以經(jīng)由狹縫(例如，圖1中的Sil31和Stjm)連接最低層級通道部，遵從與目前討論的用于孔管嘴相同的原理，除了通常包括在熱傳遞結(jié)構(gòu)的層級的尺寸使得它優(yōu)選具有狹縫來代替孔的密集直線布置，這是出于可制造性的原因。還有，狹縫可以被視為這樣的布置的漸進限制。在這個意義上，熱傳遞結(jié)構(gòu)可以被認為形成或完成每個流體回路下的樹結(jié)構(gòu)的附加層級，例如圖3中的層級4。
[0161]接下來，一層級的所有孔累加的寬度(在橫截面區(qū)域)優(yōu)選為大致保持與另一層級的所有孔累加的寬度相等(例如，相差不超過±15%)，另一層級例如為連續(xù)層級(并優(yōu)選為所有的其他層級)，以限制泵送努力。
[0162]在一個示例中，對于給定的層級Lni:
[0163]-通道部的長度(不是邊緣)為Lm= (L1-Wmin)/Bnri ;并且
[0164]-通道部的寬度為Wm = LmVBmA-Wmin,
[0165]其中Wm為在層級m的通道部的寬度并且Wmin為最小的壁厚度。如果Wm對于流入和排出通道部相同并且如果它對于每個部分都是恒定的，那么上述的尺寸是有效的，受制于邊緣效應(yīng)。
[0166]例如一層級到其他層級的通道的高度可以彼此獨立。假定所有層級應(yīng)該具有相同的覆蓋區(qū)，那么從一層級到下一層級，通道的側(cè)向尺寸之間的關(guān)系將顯著地取決于分支因子。
[0167]在可制造性方面，具有一個或多個層級是有利的，每層級被具體化為疊加的子層(例如對于圖1中的層級3的SL31和SL32)。在圖1中:第一子層SL31包括孔，而第二子層SL32包括通道部?？缀屯ǖ啦績烧呔梢栽谒鼈兿鄳?yīng)的子層被機械加工為通孔，這使得制造工藝更容易。如果必要的話，疊加的層可以由不同的材料制成，這是由于通道部對于孔的不同的尺寸和形狀可以更容易使用不同的材料進行處理。
[0168]諸如上述的冷卻裝置有利地與光伏接收器20 —起使用，諸如在圖8或圖9中描繪的。該接收器可包括光伏模塊21，諸如在圖4或5中描繪的。該接收器應(yīng)該進一步包括熱回路部71a (圖8、9)，其連接到光伏模塊和冷卻裝置25，后者形成所述熱回路部71a的一部分。
[0169]優(yōu)選地，上述的冷卻裝置與光伏熱混合式太陽能接收器20 —起使用，諸如在圖8或圖9中所示出的。后者進一步包括集熱器22，其不同于接收器的光伏模塊21。在該情形中，所述熱回路71a為第一熱回路部71a，其不同于連接到集熱器的第二熱回路部72a。
[0170]這樣的光伏熱混合式太陽能接收器20將在2.2節(jié)中詳細描述。
[0171]2.1.2.冷卻裝置:特定的實施方式細節(jié)
[0172]該冷卻裝置被優(yōu)選地設(shè)計成允許以高溫的冷卻劑冷卻電池封裝，同時將該電池保持在適當溫度(< 100°c )。由于它的高溫水平，所以可見該集中的熱能具有高值。
[0173]為了該目的，該冷卻裝置被優(yōu)選地設(shè)計成在該PV電池與該冷卻流體之間具有最小的熱阻。諸如上面所述的冷卻裝置可以提供小于0.llcm2K/W的熱阻。假定PV電池通過焊接界面連接到冷卻裝置，那么從PV電池表面到冷卻液的總熱阻為0.17cm2K/W左右。這允許冷卻超過400W/cm2的熱流密度，同時保持電池低于100°C (假定流體進口溫度為30°C )。
[0174]冷卻劑可以優(yōu)選來工作在低的泵送功率，從而減少操作該系統(tǒng)所需的能量。
[0175]上述方案允許在可以容易度量的擴充區(qū)上呈現(xiàn)均勻冷卻性能(AT < ±0.2K)。
[0176]封裝的可靠性也可以被允許。使用硅作為基底材料的方案允許在PV電池(通常為鍺)與冷卻劑之間良好的熱膨脹系數(shù)匹配，這減少了電池上的應(yīng)力。硅的使用進一步允許使用MEMS工藝來構(gòu)造冷卻劑表面并在冷卻劑中實現(xiàn)傳感元件(溫度、輻射、壓力...)。
[0177]最小化泵送功率同時最大化橫跨冷卻劑表面的溫度均勻性可以都以如上所述的高效歧管實現(xiàn)，即帶有兩個主通路(流體進口和出口)的分層級的流體分布/收集系統(tǒng)。
[0178]分布通道(歧管)和流入孔(噴嘴)的分層實施方式允許:
[0179]-使用不同的材料和制作方法來覆蓋結(jié)構(gòu)尺寸的寬廣范圍(例如，從20μπι到20mm或更大)；
[0180]-使用不同的材料，其進而允許在冷卻層中實現(xiàn)低熱-機械應(yīng)力，增加封裝的使用壽命；以及
[0181]-可擴展性。
[0182]冷卻器封裝優(yōu)選為使用MEMS技術(shù)制作，利用微結(jié)構(gòu)、分批處理、鍵合技術(shù)、傳感元件的集成等的定義和處理。
[0183]參考圖1、4或5，該封裝通常包括:
[0184]-層21，在頂部，包括:
[0185].PV電池211，形成多芯片模塊212，PV電池由電互連連接(參見下面)；
[0186]?旁通電極213，以及
[0187].電層(214)，以連接PV電池的底部電極
[0188]-層21可以進一步包括:
[0189]?帶有電阻型溫度器件網(wǎng)絡(luò)的傳感器層，以畫出正好在PV電池的底部(沒有示出)的整個封裝上的溫度；
[0190].絕緣層，以將傳感器層與電層(沒有示出)絕緣；
[0191]這些層通常使用薄膜淀積技術(shù)和電鍍工藝處理。還可以通過電鍍工藝或傳統(tǒng)的如絲網(wǎng)印刷工藝來施加焊錫。
[0192]在冷卻子層中，微通道可以通過DRIE被制作來提高熱移除。這些通道還可以使用多個切割機被制作。在帶孔子層(例如圖1中的SL31):孔可以通過DRIE被制作。壓鑄和其他大量生產(chǎn)工藝還可以被用來制作這樣的子層。
[0193]多芯片模塊封裝包括如上述的冷卻裝置，將優(yōu)選包括:
[0194]-高效率三結(jié)太陽能電池(或者“3JPV”、市售的)，被焊接到基板上，彼此之間具有最小距離。
[0195]-冷卻器封裝(或熱沉)，具有:
[0196].微機械加工的硅晶片24，S卩，熱交換器和電網(wǎng)絡(luò)的載體，帶有:
[0197]在底側(cè)上的微機械加工的熱傳遞結(jié)構(gòu)，包括通道(諸如圖1或圖4中的CPtl311)；
[0198]集成的溫度傳感器；
[0199]由導(dǎo)電板(214)構(gòu)成的電網(wǎng)絡(luò)，其連接到PV電池的底部電極。
[0200].歧管系統(tǒng)，用于流體分布和收集，其中:
[0201]一個基板，結(jié)合帶孔子層SL41和歧管子層SL32 ；以及
[0202]一個基板，具有帶孔子層sL31。通過這樣的(特定)設(shè)計，兩個子層可以結(jié)合到單個基板來利用雙側(cè)DRIE的特定處理。這么做，部件和接口的數(shù)量可以減少。一般性地，如果工藝和設(shè)計允許，層應(yīng)該被組合以便于減少制作成本。
[0203]-電互連(包括導(dǎo)電板214、連接件216等)，在并聯(lián)連接的情況下其將一個電池的頂部電極連接到另一個電池的頂部電極，或者在串聯(lián)連接的情況下其將一個電池的頂部電極連接到導(dǎo)電板214，導(dǎo)電板214再連接到另一個電池的底部電極(參看下面，300 μ m導(dǎo)線鍵合、焊接或熔接銅帶或?qū)Ь€框架)。
[0204]-用于機械支撐和接口到更大系統(tǒng)的載體251，其中:
[0205].歧管層(具體化為層級次L1和L2兩者)，由聚合物、金屬、復(fù)合材料等制成。
[0206]參考圖5，多芯片模塊接收器封裝將通常在此前描述的部件之外包括屏蔽215來保護部件不會暴露給輻射。此外，該屏蔽密封PV電池封裝來保護不受到灰塵、濕氣等影響。該屏蔽還包括蓋窗口 215a，如需要，其可以被用來過濾輻射，參見2.2節(jié)。屏蔽壁215b可以用作輔助反射器來均勻化入射光線。該屏蔽具有熱恢復(fù)系統(tǒng)，其可以串聯(lián)地耦合到冷卻環(huán)，或者耦合到單獨的熱回路，如在下一節(jié)2.2中詳細描述的。
[0207]2.2.光伏熱混合式太陽能接收器
[0208]在2.2.1子節(jié)中討論混合式接收器的主要方面(以及變體)。2.2.2子節(jié)涉及實施方式細節(jié)、應(yīng)用、操作的方法等。
[0209]2.2.1.主要方面和變體
[0210]參照圖6-10，現(xiàn)在描述新型的光伏熱混合式太陽能接收器20。在每種情形中，混合式接收器首先包括集熱器22。后者在第一平面220延伸，該平面通常為集熱器延伸的主平面，即，該平面之上可以接收和收集輻射。所述第一平面的位置優(yōu)選作為在該收集器的集熱面板的平均平面的層級，如在圖8或圖9中描繪的。所以該熱平面可以被稱作“屏蔽”，如下面某些地方所述的。此外，集熱器包括孔68。
[0211]接收器20進一步包括光伏模塊21。這樣的模塊被設(shè)計用于在操作中輸送電氣輸出功率Pt)，其本身已知。該模塊尤其包括光敏區(qū)域212，光敏區(qū)域212在第二平面210中延伸。后者通常為區(qū)域212延伸的主平面，例如，該模塊的光敏面板的平均平面。為了簡單和效率的原因，它進一步優(yōu)選為與第一平面平行，盡管平行也完全不是必要的。在所有情形中，第二平面210與第一平面220成一距離232 (參見圖8或9)并且區(qū)域212與孔68面對面。孔的投影，即，垂直于第二平面210，對應(yīng)于光敏區(qū)域(或者基本對應(yīng)于它)。這里，“基本”意指光伏區(qū)域可以表示孔的投影區(qū)域的80到100%。
[0212]上述的設(shè)計，其中平面210與平面220間隔開并且區(qū)域212被設(shè)置與孔68面對面，允許容易改變光伏模塊21到集熱器22的輻射曝光的比率，例如，通過簡單地將該裝置轉(zhuǎn)換為垂于于平面210，相對于輻射焦點或平面。因此該裝置使得從PV功率輸送快速地“切換”為熱功率存儲成為可能。
[0213]另一個優(yōu)點在于:當光束失焦時，PV電輸出變小但是前一個目標的熱輸出變大。因此甚至在沒有對齊時也有益處。因而，可以實現(xiàn)精確度較低的追蹤器和較高的最大光學(xué)集中，并且鏡片的成本較低。
[0214]此外，集熱器和光伏模塊可以被配置為保護光伏模塊的外圍區(qū)域不受擊中該集熱器的輻射的影響。即，該集熱器可以被設(shè)計來保護光伏模塊的主平面的外圍區(qū)域和至少部分地屏蔽在光伏模塊處從光源接收的輻射，例如，以保護光伏模塊中的無源二極管或無源部件。
[0215]優(yōu)選地，混合式接收器進一步包括第一熱回路部(參見圖8或圖9中的附圖標記71a)，其熱連接到光伏模塊(在它的背部)，以及第二熱回路部(72a)，其熱連接到集熱器。所述回路部可以被連接到相應(yīng)的熱回路部，其通常為閉環(huán)，如將在下面討論的那樣。如必要，所述回路部71a或72a可以彼此熱絕緣?；芈凡?1a或72a，或者回路部71a和72a兩者都可以例如實施為先前在2.1節(jié)描述的冷卻裝置，例如參見圖1或圖4中的附圖標記25。
[0216]通常，第一回路部71a被添加到第一熱回路71中，被配置用于冷卻PV接收器，并且第二回路部72a被添加到獨立于所述第一回路的第二回路72中，并且進而連接到蓄熱器，其目的在下一節(jié)中描述。在變體中，所述第一部71a和所述第二部72a可以被串聯(lián)地熱連接到相同的熱回路，將受到在稍后討論的額外限制。為了完整性，圖8、9示出相應(yīng)的回路71,72的流入/排出回路部711、71o、721、72o。
[0217]區(qū)域212與孔68的下端68a之間的距離231以及距離232都取決于若干設(shè)計和系統(tǒng)選項，它們將在稍后詳細討論(期望的絕緣、回路尺寸、均質(zhì)器的存在、濾波器、集中器和它的特性，轉(zhuǎn)換的速度和系統(tǒng)期望的反應(yīng)性等)。
[0218]例如，最鄰近于光敏區(qū)域212的孔68的端部68a優(yōu)選為保持離該區(qū)域212有一(小)距離，如圖8中所示，以確保熱絕緣。通常，孔68的該端部位于大于或等于0.2mm的距離的位置處，這可以已經(jīng)足夠來使集熱器與PV接收器絕緣，如試驗已經(jīng)證明(空氣可以被用來作為絕緣介質(zhì))。然而，取決于PV模塊的尺寸和使用的冷卻回路溫度，該距離可以需要為大于或等于0.5_，和/或可以使用其他的絕緣材料。在另一方面，該距離優(yōu)選為小于或等于3.0mm。實際上，能夠認識到該間距需要足夠小以使得光線不能“逃逸”。即，離開該孔的光線具有限定的角度，因此上述距離被設(shè)計為小到足夠使得出射射線不會擊中該有源區(qū)域的外圍。取決于其他裝置規(guī)格，該距離可以更優(yōu)選為小于或等于2.0_，甚至更優(yōu)選為
1.0mm。附圖明顯地沒有按比例繪制，至少沒有按照每個示出特征的比例繪制。
[0219]現(xiàn)在，能夠認識到，由于⑴最小熱回路的截面通常具有5mm的直徑，并且(ii)端部68a位于距離大于0.2mm處，然后最小距離232需要大于2.7mm。作為替代，使用6mm回路直徑將使該值達到3.2_。此外，如果使用中間的均質(zhì)器，該最小距離增加(例如，對于近似35*35mm的孔并且53°的光入射角(拋物線盤的邊緣角)為至少1mm最好為60mm長)。更一般性地，如果不提供均質(zhì)器，圖8的最小距離232由集熱器的尺寸確定(其包括熱回路72a、面板等)。
[0220]注意，作為圖8或圖9的變體，集熱器22可以包括錐形孔截面，即，帶有不恒定的截面。在該情形中，孔68的所述端部68a將對應(yīng)于非恒定截面的最小截面區(qū)域。
[0221]如先前提及的，集熱器可以進一步包括一個或多個鏡元件74(參見圖6、7或9)，例如勻光器或者，更一般性地，光學(xué)器件，即，輔助光學(xué)器件(集中器之外的)，位于第一平面220與第二平面210之間的中間部75。這樣的鏡元件可以被配置為特別反射入射光線90a-c并且分布反射的光線90b-c在光敏區(qū)域212上，如圖9中所示。例如，鏡元件可以被配置來均勻和/或進一步集中反射的輻射90b-c在區(qū)域212上。為了這個目的，簡單的可能組成具有至少三個或四個鏡元件74，形成閉合的中空部75，如圖6、7或9所示。另外，可以使用單個管狀鏡。
[0222]有利地，一個或多個鏡元件74被熱連接到第二熱回路部72a，諸如有益于對應(yīng)的熱回路。在該情形中，如圖9或10所示，如果回路部72a的至少部分繞著所述鏡元件螺旋，將取得最好的結(jié)果。所需的回路例如可以適于模制或布置成絕緣本體，如在圖7中較好看到的，其中第二熱回路部的部分72al-7是可見的。
[0223]有趣的是，集熱器可以例如在孔68的上端部的層級處進一步包括帶通濾波器76 (參見圖7或圖9)并且適配在所述孔中，以特別地選擇PV電池的轉(zhuǎn)換效率為最佳的帶寬。最佳的通帶在稍后描述為350-1500nm，即，它對應(yīng)優(yōu)選的PV電池具有大于80%的轉(zhuǎn)換效率的頻譜。優(yōu)選的PV電池通常為多結(jié)點太陽能電池，例如，來自波音光譜實驗室(BoingSpectrolab)、埃姆克公司(Emcore)、Azur Space 等等。
[0224]有利地，該濾波器可以進一步被設(shè)計來熱吸收通帶之外的輻射波長，S卩，再一次有益于熱回路，優(yōu)選為第二熱回路72，以更高等級的熱能形式。
[0225]在該方面，該濾波器可以包括空腔，其填充有冷卻流體77 (參見圖7)，與熱回路流體連通，例如回路72。其他選項將稍后討論。
[0226]接下來，諸如上述的混合接收器20可以有利地用在設(shè)備10中，諸如在圖10中描繪的(或更示意性地在圖12或13中示出)。這種設(shè)備將進一步包括集中器27。如本身已知，后者被設(shè)計并可被配置用于將輻射集中到光學(xué)焦點80。光學(xué)焦點80為集中的光線的最大強度的區(qū)域，例如，基本位于小空間或被限制為鄰近平面，例如，平面80，取決于實際實施方式。
[0227]設(shè)備(或集中器裝置本身)進一步包括定位裝置27a、27b、30，這可以具有各種目的。在該方面，接收器和/或集中器可以經(jīng)由定位裝置被可移動地安裝在該設(shè)備中。
[0228]例如，所述定位裝置可以被配置為改變在光伏模塊處接收的輻射90b、c的強度比率以加強在集熱器處接收的輻射90a的強度。由于他們的相對尺寸，經(jīng)由定位裝置30而不是經(jīng)由集中器將混合式接收器可移動地安裝在設(shè)備10中可能會更簡單。該接收器能夠進一步相對于光學(xué)焦點80可移動。因此，通過所述定位裝置，接收器和/或集中器能夠從光伏組件21處于光學(xué)焦點80的位置移動到集熱器處于該光學(xué)焦點的位置(例如，沿著雙向軸線84)。
[0229]因此，經(jīng)由接收器和/或集中器的簡單轉(zhuǎn)換，如上所述的強度比率的改變將很容易獲得。在該方面，該定位裝置可以簡單地實施為如下中的一個:線性致動器，諸如齒條和齒輪；或者車輛，諸如輪式車輛、履帶式車輛、或者軌道式車輛，例如包括手推車、臺車等。更一般地，所述定位裝置30優(yōu)選為允許沿著垂直于第二平面210的軸線84的雙向運動。所述裝置30優(yōu)選為具體用于改變上述比率的任務(wù)，并且可能僅用于該任務(wù)。在操作中，通常的追蹤系統(tǒng)不允許沿著軸線84的適當?shù)碾p軸運動。實際上，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，接收器的位置對于標準系統(tǒng)在安裝過程中被改善，但是隨后接收器的位置對于該系統(tǒng)的壽命被(限制性地)固定。
[0230]現(xiàn)在，集中器27或它的一個或多個元件271可以進一步經(jīng)由其他定位裝置27a、27b被可移動地安裝在設(shè)備中，如在圖10、12和13中示意性地描繪。
[0231]圖12-13是兩個混合式系統(tǒng)的簡單表示，其圖示了在接收器處的點狀幾何形狀的變體。在每個情形中，上面的圖表示用于在接收器平面處聚焦的點的配置，同時該點在下面的圖中失焦。此外，在圖12中，典型的拋物線集中器(鏡)27被使用，同時在圖13中，該集中器包括多個鏡271，它們可以由相應(yīng)的定位裝置27b致動，以改變在接收器平面(210或220，在圖8-9中)的點幾何形狀。
[0232]如示意性圖示的，在接收器平面處的點幾何形狀可以由下面改變:
[0233]-圖12:沿著光學(xué)軸線84移置接收器，例如，在旋轉(zhuǎn)對稱的拋物線集中器中，將包括或不包括均質(zhì)器；和/或
[0234]-圖13:改變主集中器的形狀，例如通過將琢面鏡的一個或多個(平坦)元件271傾斜。
[0235]此外，可以通過改變主鏡的弧度或折疊光束布置中的一個輔助光學(xué)器件來失焦該點。
[0236]如上面談到的，為了將接收器模塊20移出焦距，該接收器可以被安裝在可移動臺上。該臺可以由軸或步進電機致動，它們本身安裝在關(guān)于集中器系統(tǒng)的焦點平面的固定位置。該可調(diào)節(jié)接收器定位單元表示控制元件30，由圖10中的附圖標記30符號表示。可替換地，帶有接收器的臺可以使用液壓或氣動致動活塞等移動。
[0237]圖16示出了，當使用旋轉(zhuǎn)對稱的拋物線主集中器時，對于沿著該系統(tǒng)的光學(xué)軸線移置的接收器模塊，在PV接收器模塊平面處(圖8-9的附圖標記220)的強度分布(正規(guī)化的強度)的典型截面。X-軸表示沿著穿過該孔的部分的距離r (mm)，其中r = O對應(yīng)孔的中心(通常為對稱中心)。較暗的灰盒子對應(yīng)于該孔，同時較亮的灰盒子指示該屏蔽，即，該收集器的熱面板22平行于該接收器PV模塊平面220延伸。如在圖16中表示的各種曲線所指示，光線可以被聚焦使得輻射強度主要地或基本地分布在對應(yīng)于該孔的區(qū)域之內(nèi)(因此由于PV電池，該強度應(yīng)被轉(zhuǎn)換為電功率)。失焦該點(或改變鏡的形狀/元件)導(dǎo)致強度輪廓的加寬，使得輻射被基本收集在屏蔽處。
[0238]在該方面，屏蔽22a (圖6-9)優(yōu)選基本上制成為大于孔68。通常，孔的尺寸(例如，在10*10和30*30mm之間)反映PV-MCM的尺寸，同時整個屏蔽的尺寸可以達到200*200mm或更大(500*500_是可能的)。
[0239]圖17示出了在沿著光學(xué)軸線(在橫坐標上距離d(mm))朝著主集中器移置該元件時，由熱交換器(點狀曲線)和PV接收器(全直線)獲取的總輻射量(正規(guī)化的功率)。通常，到達該PVT接收器的太陽輻射的大約30%可以被轉(zhuǎn)換為電能同時剩余的70%可以被獲取為熱量，這些與由集熱器獲取的輻射量一起被貢獻給儲存系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計點被優(yōu)選設(shè)置在PVT接收器的負載的90-20%之間。
[0240]2.2.2.其他變體，特定的實施方式細節(jié)，以及應(yīng)用[0241 ] 可以設(shè)想若干概念性變體。例如:
[0242]-集熱器可以具有錐形；
[0243]-集熱器和均質(zhì)器可以為一個且為相同的元件，設(shè)置有合適的形狀來收集太陽能輻射并分布/集中反射的光線，如在PV接收器上合適的一樣:
[0244]-當使用平坦的琢面鏡集中器時(如圖13所示)，這些琢面中的一些可以被固定，其他的可以被移動。
[0245]-主鏡的琢面可以被傾斜來使接收器20的外圍上的光線改向，該外圍放置有熱接收器面板。
[0246]附加的變體可以包括:
[0247]-直接安裝在PV芯片上的帶有冷卻(高溫)的光錐，其消除了3JPV芯片陣列的不活躍表面。這種錐被例如布置來使將擊中太陽能電池的接觸板和它們之間的間隔的光線改向。光線被改向到光伏區(qū)域，從而增加該系統(tǒng)的電效率；
[0248]-帶有反射表面的前電極格柵，防止敏感PV表面的陰影。
[0249]-例如使用結(jié)合有前電極格柵的蛾眼圖案的抗反射表面，前電極格柵通過將UV/藍光反射回均質(zhì)器有助于波長濾波功能，以用作吸收提高和濾波的更一般性功能，如早前談到的。
[0250]-可開關(guān)的吸收器，取決于濕度(高濕度和清晨/深夜增加紅移并且使藍光二極管欠載)；
[0251]-附加的紅吸收器等。
[0252]關(guān)于混合式接收器的、在上面記載的各種特性可以被有利地以多種方式結(jié)合。例如，火用(exergetic)恢復(fù)可以通過具有用于多芯片接收器冷卻25和用于均質(zhì)器的分立的冷卻環(huán)71和屏蔽冷卻72。如解釋的那樣，電輸出可以通過沿著光學(xué)軸線移動組件更接近鏡并遠離焦點平面而受控。火用優(yōu)化可以進一步使用波長選擇性反射濾波器來避免PV芯片曝光在它們不能轉(zhuǎn)換的光線下(UV、以及遠IR)，PV芯片例如為多芯片模塊(或者MCM)三結(jié)芯片。芯片之間的不活躍區(qū)域通過具有放置在前電極和連接嚙合上的三角反射器而被有利地縮小(為了簡明起見沒有示出)。
[0253]如本文設(shè)想的由CPVT輸送電功率的場景例如可以參考圖18簡單描述。圖18示出了三條曲線，表示:
[0254]-實線:早晨功率需求高峰和夜晚需求高峰；
[0255]-點線(高斯曲線):典型的PV2小時設(shè)計功率，在13:00附近具有最大值；
[0256]-短劃線:典型的CPV6小時設(shè)計功率；以及
[0257]-虛線:8-9小時設(shè)計功率，由于本發(fā)明的實施例可以實現(xiàn)。
[0258]8-9小時設(shè)計功率事實上可以實現(xiàn)，即，輸出功率現(xiàn)在可以維持在超過8-9小時而不是像平坦PV那樣只有2小時。特別地，混合式接收器可以移出焦點平面以減少光學(xué)強度，如先前所解釋的。反饋環(huán)可以將該接收器移回到焦點平面來補償暫時的輻射量損失(例如，光云)或者來滿足更高的功率輸出需求，在下一節(jié)中將更詳細地解釋。超出的能量利用為熱量，通過集熱器和關(guān)聯(lián)的回路并且被用來橋接早晨和夜晚峰值需求，例如，以存儲的熱(和加壓的)水(例如150°C )使用蘭金引擎。取決于集熱器的實際尺寸，該溫度不可能太大，否則這將導(dǎo)致大面積集熱器的輻射損失。
[0259]在下一節(jié)中將給出對于操作方法和系統(tǒng)描述的更多細節(jié)。
[0260]2.3.光伏熱混合式系統(tǒng)和操作其的方法
[0261]混合式系統(tǒng)和操作方法的主要方面(和變體)將在2.3.1子節(jié)中討論。2.3.2子節(jié)涉及特定的實施方式細節(jié)。
[0262]2.3.1.主要方面和變體
[0263]本節(jié)關(guān)注操作光伏熱混合式系統(tǒng)的方法。混合式系統(tǒng)10的示例在圖10中示出。該系統(tǒng)的變體的一些部件在圖1-9、12-15和19-20中示出。
[0264]—般性地參照圖1-20,尤其參照圖11,所述方法一般基于系統(tǒng)10,系統(tǒng)10包括:
[0265]-諸如在2.2節(jié)中描述的混合式太陽能接收器20，即，其中該接收器包括光伏模塊21，可操作地耦接到系統(tǒng)10從而例如為功率用戶輸送電輸出功率Ptj ;并且
[0266]-諸如還在2.2節(jié)中描述的集熱器22。重要的是，為了實施本文描述的方法，該收集器必須與光伏模塊有所區(qū)別(例如，熱絕緣)。此外，光伏模塊和/或集熱器可移動地安裝在該系統(tǒng)中(例如，在臺上)。
[0267]該系統(tǒng)進一步包括收集器熱存儲器42。如之前所討論的，后者熱連接到集熱器22，通常經(jīng)由閉環(huán)加熱電路72，使得在集熱器處收集的熱量可以存儲在所述存儲器42中。在該應(yīng)用中，兩個部件“熱連接”意指與兩個部件“熱耦合”相同，即，熱可以從一個元件交換到另一個。
[0268]最終，系統(tǒng)10包括定位裝置30，其被適配為移動光伏模塊和/或集熱器。
[0269]接下來，操作方法包括指示定位裝置30來將光伏模塊21和/或集熱器22移動以改變輻射強度比率的步驟(圖11、步驟S30)。所述比率將在PV模塊21接收的輻射的強度(圖11，步驟30)與在接收器22接收的強度(SlO)進行比較。
[0270]要理解這樣的方法可以利用諸如在2.2節(jié)中描述的裝置的優(yōu)勢。
[0271]通常在諸如圖20描繪的控制系統(tǒng)/單元100中決定是否指示定位裝置30來移動光伏模塊21和/或集熱器22。該控制系統(tǒng)/單元將在下一節(jié)中詳細地描述。
[0272]注意決定S30可以基于如計算、預(yù)測等而來的功率需求，但是還可以基于熱需求(至少部分地)。功率需求為電網(wǎng)在特定時刻需要的功率，例如，中午高峰或夜晚高峰。
[0273]例如，特別參照圖11，指示電功率需求Pd的數(shù)據(jù)可以在步驟S80接收。然后決定S30可以基于PV輸出功率PJ例如如由PV模塊所輸送的)與功率需求的比較而執(zhí)行。
[0274]注意，在典型的應(yīng)用中，功率需求為AC然而輸出功率為DC。因而，系統(tǒng)10通常會包括逆變器28，參見圖10，通過逆變器28，功率在輸送到功率用戶之前被處理。如果這樣，可能需要非直接的比較(AC到DC)，取決于系統(tǒng)的邏輯100。一般性地，Pd始終為AC功率。由于DC/AC轉(zhuǎn)換率或校正曲線通常為已知的，可以容易地集成到反饋環(huán)中。轉(zhuǎn)換可以隨負載改變(例如在100 %負載為98 %，在50 %負載為96 % )，但是確切的校正曲線通常是可用的。
[0275]特別地，如果比較S20指示輸出功率P。大于功率需求PD，可以做出決定S30來適當?shù)匾苿覲V模塊和/或收集器來減少輻射強度比率。事實上，如果Ptj大于Pd，可以認識到使PV模塊的配置對收集器不改變是次最佳的。與之相比，帶有諸如上述的接收器20，接收器20的配置可以被改變來適于熱收集而不是電功率轉(zhuǎn)換。
[0276]現(xiàn)在，基于在步驟S20、S22進行的比較，如果P。匹配功率需求PD，則可以命令(步驟S24)來將由PV模塊21產(chǎn)生的輸出功率Po輸送到功率用戶，以滿足功率需求PD。在圖11中，Pd表示實際的輸送功率(步驟S24、S57或S52)。圖11的完整描述將在稍后給出。
[0277]通常，這樣的比較S20、S22服從公差，公差取決于系統(tǒng)容量、反應(yīng)性等。該公差可以被經(jīng)驗型地調(diào)節(jié)，例如，基于試錯法。同時，這里再一次，比較一致的功率值(例如，AC到AC)。
[0278]附加的部件可以被提供在系統(tǒng)10中來進一步優(yōu)化它。例如，系統(tǒng)10可以進一步包括熱引擎62，如圖14-15中所描繪的。熱引擎62熱連接到收集器熱存儲器42。
[0279]在該情形中，本方法可以進一步包括命令熱引擎62來開始熱到電轉(zhuǎn)換的處理的步驟(圖11，步驟S50、S56)，以轉(zhuǎn)換存儲在收集器熱存儲器42中的熱量。是否如此做通?；诒容^S20、S22決定，即，如果結(jié)果是Ptj低于功率需求PD。
[0280]注意熱引擎62可以為任何類型的適于本發(fā)明目的的熱到電轉(zhuǎn)換器，例如運行蘭金循環(huán)，優(yōu)選為有機蘭金循環(huán)(ORC)，其使用諸如η-戊烷或甲苯之類的有機液體以取代水和蒸汽。這允許使用低溫熱源，該低溫熱源通常工作在70-90°C左右，但是作為本來的預(yù)想，在諸如120-150°C的更高溫度下仍然會工作得更好?？梢栽诼确鸁N(HCFC)、含氯氟烴(CFC)、全氟化碳(PFC)、硅氧烷、醇類、醛類、醚類、氫氟醚(HFE)、胺、液體混合物(非共沸混合物的和共沸混合物的)、無機液體中選擇合適的流體。例如:R245fa、R123、n- 丁烷、η-戊烷和 R1234yf、Solkatherm, R134a、R600、二氧化碳、R152a、R600a、R290 等。流體的關(guān)鍵溫度對系統(tǒng)最佳操作條件的比較如本文設(shè)想的允許完善選擇。特別地，本發(fā)明的環(huán)境中導(dǎo)入的實驗已經(jīng)示出流體R134a、跟著R152a、R600、R600a、R290為用于由低于90°C的熱源溫度驅(qū)動的低溫應(yīng)用最適合的的流體。在變體中，依賴于熱電發(fā)電機，其將熱轉(zhuǎn)換為電功率而不需要工作流體和移動部件。然而，熱電發(fā)電機目前在用于kW到MW大小的轉(zhuǎn)換器時具有較低轉(zhuǎn)換效率。
[0281]帶有反饋環(huán)的控制系統(tǒng)(圖20，附圖標記100)被用來將電功率輸出與所需的實際的需求適配，例如通過電網(wǎng)控制站。圖11示出了用于可調(diào)度功率模式的主控制處理的示例。在該示例中，產(chǎn)生的電功率為可變的主控制并且使用接收器定位系統(tǒng)與需求適配。定位響應(yīng)處于秒的范圍內(nèi)，同時蘭金循環(huán)的開始可以被預(yù)測并且因此保持相同的響應(yīng)時間。
[0282]比調(diào)度的功率更有價值的是電網(wǎng)服務(wù)的功能。帶有動力化接收器的光伏單元可以當反饋循環(huán)在處于電網(wǎng)中的相位角Φ(指示負載情況)與接收器的位置之間閉合時利用該功能。
[0283]該角Φ越小則接收器離開焦點越遠；角Φ越大則接收器移向焦點越近。由于本發(fā)明的實施例，最有價值的是電網(wǎng)服務(wù)可以反應(yīng)非常快，即在幾秒內(nèi)，事情可以被實現(xiàn)。
[0284]在該方面，逆變器可以在幾毫秒內(nèi)關(guān)斷輸入電流，例如，在電網(wǎng)故障的情況下(閃電或物理損壞)。在該情形中，接收器20可以在幾秒內(nèi)被移向最小的功率位置；因而功率可以在開路電壓模式中耗散。產(chǎn)生的電荷流回到PV 二極管中，增加熱負載到微通道冷卻器。因此，不會引發(fā)對系統(tǒng)的損害。
[0285]接下來，如果該方法和系統(tǒng)集成了附加的客戶處理，則可以實現(xiàn)附加的對系統(tǒng)10的優(yōu)化。例如，該方法可以進一步包括命令的步驟(圖11，步驟S42、S60)來觸發(fā)附加的處理以從收集器熱存儲器耗散熱。如果達到了該收集器熱存儲器42的熱存儲閾值，這優(yōu)選在步驟S42決定。
[0286]所述附加的處理優(yōu)選為脫鹽處理和/或吸收冷卻處理。更一般性地，可以集成各種客戶處理，例如，自由的冷卻處理或輸送熱用于化學(xué)應(yīng)用和/或處理的處理等。然而，可以認識到本系統(tǒng)/方法和脫鹽處理或吸收(例如，吸水)冷卻處理的結(jié)合在上下文中具有更多的價值，諸如本實施例所設(shè)想的，即，太陽能輻射水平越高，脫鹽或冷卻處理的輸出的價值越大。
[0287]此外，如圖10所描繪的，系統(tǒng)10可以進一步包括第一熱回路71 (通常為閉環(huán))，連接PV模塊到PV熱存儲器41，其中后者不同于收集器熱存儲器42。PV熱存儲器41和回路71被用來冷卻PV模塊(用途可以例如由諸如在2.1節(jié)中描述的冷卻裝置25組成)。第二熱回路72(通常也為閉環(huán))也被提供，其不同于所述第一熱回路71，將收集器熱存儲器42連接到集熱器22。部件41、42也顯示在圖14和15中。
[0288]注意在變體中，系統(tǒng)可以包括將PV模塊和集熱器都串聯(lián)地連接到熱存儲器的熱回路，使得在單個熱回路中的流體首先到達光伏模塊來冷卻它然后再到達集熱器。
[0289]本文設(shè)想的任何熱回路(當僅使用一個回路時的單個熱回路或使用不同熱回路時的兩個回路中的一個或兩個)可以被附加地用來冷卻系統(tǒng)中的任何部件。因此，耗散熱的部分或所有的部件可以包括在循環(huán)中，諸如有助于系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0290]接下來，該系統(tǒng)可以進一步包括熱交換器61，如圖14所示。交換器61熱連接到PV存儲器41。因此，它可以被命令經(jīng)由所述熱交換器61將存儲在PV存儲器41中的熱量提供到熱用戶64。
[0291]有利地，熱交換器61進一步熱連接到收集器熱存儲器42。在該情況下，可以命令將存儲在收集器熱存儲器42中的附加熱量提供到熱交換器61，同時經(jīng)由交換器61將存儲在PV存儲器41中的熱量提供到熱用戶64。
[0292]熱交換器61可以實際上包括兩個串聯(lián)的熱交換器:第一個提升溫度并且第二個將熱傳遞給用戶。第二熱交換器可以為熱用戶64的集成部分。
[0293]如圖14中所示，系統(tǒng)10可以進一步包括附加的熱交換器63，熱連接到熱引擎62和熱用戶64。有利地，熱用戶64(脫鹽、吸收熱泵)進一步被熱連接到PV熱存儲器41。它可以進一步經(jīng)由熱交換器61連接到收集器熱存儲器42。然后該方法可以附加地包括命令該熱引擎使用作為低溫池的熱交換器63開始存儲在收集器熱存儲器42中的熱的熱到電轉(zhuǎn)換的步驟(圖11、S60)。
[0294]附加的熱交換器63可以被連接到熱引擎62和熱用戶64以提供用于蘭金循環(huán)的低溫池。例如:
[0295]-鹽水饋送可以被直接輸入到用戶64(步驟S64，圖14)，在該情形中蘭金循環(huán)可以使用空氣作為低溫池；或者
[0296]-鹽水饋送可以通過熱交換器63(優(yōu)選選項，步驟63，圖14)并且因而用作低溫池來增加用于蘭金循環(huán)的溫差。
[0297]目前，給出了圖11的方法的完整描述。圖11對應(yīng)于特定的實施例，結(jié)合上述方法討論的許多方面:
[0298]-步驟SlO:太陽能輻射在集熱器和/或PV模塊上被接收；
[0299]-步驟SlO:實際的P。與功率需求Pd比較，由于關(guān)于如在步驟S80接收的功率需求的數(shù)據(jù)(例如，功率需求可以快速改變；對應(yīng)的數(shù)據(jù)流可以在圖20的單元100處被接收和處理)。特別地，如果其顯示Ptj > PD，處理轉(zhuǎn)向S30。如所述，該比較優(yōu)選地受到had-hac容差和可能的定時器的約束，以避免太頻繁的致動。如果該條件沒有被滿足(匕不大于Pd)，則處理轉(zhuǎn)向S22:
[0300]-步驟S30:當PPPd時，定位裝置被命令來移動光伏模塊和/或集熱器，以減小在集熱器處的輻射強度比率并由此有利于在集熱器處收集的輻射。
[0301]-步驟S22:單元100測試是否Ptj ^ PD，在該情形中Ptj可以被調(diào)度(步驟S24)，以滿足當前的功率需求(Pt) = Pd)。如果沒有，則處理轉(zhuǎn)向S50:
[0302]-步驟S50:單元100檢測存儲在存儲器42中的熱量是否足夠開始熱到電的轉(zhuǎn)換并且由此滿足功率需求Pd ；
[0303]-步驟S56:如果是，則熱到電的轉(zhuǎn)換處理開始；因此產(chǎn)生的電功率可以隨后被輸出(步驟S57)，以滿足當前的功率需求。如果需要的話，由熱到電的轉(zhuǎn)換獲得的電功率可以被“添加”到PV功率可用的匕來滿足需求。然而，熱電轉(zhuǎn)換器的“尺寸”通常會是CPVT系統(tǒng)可以輸送的最大功率的10-20%。在實際中，這足夠來滿足過夜的需求但不是在白天期間。
[0304]-步驟S52:如果沒有(即，如果存儲在存儲器42中的熱量不足以開始熱到電的轉(zhuǎn)換)，則該處理將不能滿足需求。還有，然而可用的PV功率可以被輸送；
[0305]-步驟S40:由于在步驟S30，定位裝置可能已經(jīng)移動光伏模塊和/或集熱器來有利于在集熱器處收集的輻射，熱可以方便地被存儲(步驟S40)。如在S40存儲的當前水平的熱量被用作S50的輸入；
[0306]-步驟S42:在另一方面，如果該存儲容量顯示為達到(如在S42監(jiān)視到的)，單元100可以命令以開始附加的、客戶處理(例如，自由冷卻、脫鹽、吸收冷卻等):處理轉(zhuǎn)向S60?，F(xiàn)在，如果存儲容量還沒有達到，則可以存儲附加的熱量(步驟S40)。
[0307]遵從該原理，現(xiàn)在描述了特別高效的場景，尤其參考圖14。通過熱回路71(711、71ο)，熱量從微通道冷卻器收集(圖1-5，附圖標記25)到低等級熱罐41 (圖14)。由于回路72(721、720)，熱量進一步從均質(zhì)器74(圖9)和集熱器22 (圖9)收集到高等級熱罐42 (圖14)。低等級熱罐直接饋送功率用戶，即脫鹽系統(tǒng)(薄膜脫鹽)64。當?shù)偷燃墴峁薇徊糠值鼗蛲耆睾谋M時，附加的熱交換器61可以使用來自高等級罐的熱量升高溫度。高等級熱罐饋送蘭金處理62以20-30%的效率來將熱轉(zhuǎn)換為電功率。低溫池由輸入的鹽水S63或空氣冷卻器(圖14)得到。
[0308]圖15示出了用于系統(tǒng)10的另一種可能配置，它下面的方案允許在需求上管理電功率和水輸送兩者。圖15示出了:
[0309]-如在圖14中相同的部件20、41、42、62和64，除了包括64、64a和65的脫鹽系統(tǒng)。現(xiàn)在附圖標記64對應(yīng)脫鹽處理，64a為處理64的對應(yīng)饋入，并且65指代脫鹽水存儲。脫鹽水存儲65被連接到脫鹽處理64來提供需求的水66 ；
[0310]-熱交換器63a，其連接到脫鹽系統(tǒng)的饋入64a并連接到蘭金處理62，如之前一樣它本身連接到存儲器41和42兩者。注意圖15中的熱交換器63a扮演了與圖14中的熱交換器63相似的角色；
[0311]-如之前一樣第一熱回路71連接到第一存儲器41。所述回路現(xiàn)在分支到脫鹽處理64(經(jīng)由回路部71b)，否則其由存儲器41協(xié)助(經(jīng)由回路部71c)。如需要，回路部71c可以包括熱交換器。
[0312]上述系統(tǒng)允許提供需要的電功率1a和水輸送66，使得高和低等級熱罐得到最佳利用。
[0313]如果收集器熱存儲器42中的溫度基本上大于PV熱存儲器41中的溫度，即多過20°C，則在此之前描述的方法全部都更有效率。然而，多過30°C的溫度差實質(zhì)性改進了系統(tǒng)的性能。理想地，溫度差多過50°C，在這里描述的實施例中的事情可以得以實現(xiàn)。
[0314]混合式接收器20優(yōu)選為可移動地安裝在系統(tǒng)10中，如2.2節(jié)所描述的，通過沿著光學(xué)軸線的簡單平移，使得定位裝置30可以作為整體移動接收器20 (例如，光伏模塊和集熱器不通過定位裝置獨立于彼此地移動)。這實質(zhì)性地簡化了系統(tǒng)的設(shè)計。此外，這允許集成的方案，該方案有效地獲取由接收器20的各個部件耗散的熱量，例如，經(jīng)由回路72。進而，兩個回路71、72之間的溫度差可以被優(yōu)化。
[0315]在變體中，僅有集熱器面板22a可以被移動(PV模塊21被固定)。例如:集熱器面板可以由混合有透鏡陣列的熱回路的基本上2D布置所構(gòu)成，該集熱器可以或多或少移動接近固定PV模塊。此外，假定光伏接收器上的輻射均勻分布，那么該后者可以相對熱接收器移動(反之亦然)，在進入輻射的側(cè)向方向，以覆蓋光伏接收器的部分并且因此改變在熱回路中對在PV回路中獲取的能量。
[0316]2.3.2.天氣預(yù)測、即需的預(yù)測的電和水
[0317]在2.3.1節(jié)中描述的一些方法的目的在于基于由太陽能CPVT接收器輸送的中/高等級熱量提供即需的電力并同時滿足在晴天地區(qū)的其它核心需求:例如，脫鹽水和冷卻。脫鹽和/或冷卻可以被直接操作或由存儲的熱量操作。由于以上方法，用于脫鹽和冷卻的足夠的溫度水平可以被達到。在高輻射量即超出用電需要的期間，熱水可以被存儲。來自PV冷卻單元的冷卻劑被存儲在熱水罐41中以用于其后在功率用戶64的使用(脫鹽和冷卻)。當需要比來自PV接收器的可用的更多的電能時，低壓有機蘭金處理62被激活。由存儲的熱量驅(qū)動的微通道熱交換器25產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動渦輪機并產(chǎn)生電功率。
[0318]電需求曲線在最多的位置示出在中午期間的峰值和在早晨和夜晚的兩個較小峰值。在夜晚期間的需求通常為10分之一更小。由于有機蘭金設(shè)施10倍小于峰值光伏輸出，夜晚時間的需求以及與部分太陽能功率一起，早晨和夜晚的峰值可以被覆蓋。
[0319]為了橋接夜晚，大約30%的白天熱輸入在高溫水平被收集并通過高效率低溫度有機蘭金循環(huán)轉(zhuǎn)換為電功率。熱量在白天期間被存儲在熱水罐中，并且在夜晚低環(huán)境溫度，蘭金循環(huán)可以以相當良好的效率將熱轉(zhuǎn)換為電功率。通過使用太陽能集中器來輻射熱能到在低或負的攝氏溫度的空間，熱電轉(zhuǎn)換的效率將被改進。由于熱脫鹽提供了大于電輸出的30%的相對值，可以認識到它是用于受控的輸出功率站的理想候選。當使用大輸出水存儲罐時，熱脫鹽處理可以易于被調(diào)整為四倍，并且脫鹽的水的輸送可以是即需的。
[0320]為了允許集中式光伏熱系統(tǒng)來存儲一星期用的用于脫鹽的能量和在合理的價格的電能產(chǎn)生，需要兩個獨立的存儲罐:(i)大約5000m3每MW的暖水大氣壓力存儲池和大約100m3受壓的熱水存儲罐。暖水池存儲來自PV微通道冷卻器的90°C熱的冷卻劑，而熱水存儲罐存儲來自集熱器(面板+均質(zhì)器)的150°C的冷卻劑。在變體中，容積為大約5000m3的單個的低壓罐被需要用于連續(xù)的冷卻系統(tǒng)(串聯(lián)的回路71和72)，其運行在大約120°C和2巴。熱水存儲器可以被用來驅(qū)動低壓有機蘭金引擎，而暖水存儲罐可以被用來驅(qū)動薄膜脫鹽或吸收冷卻處理(圖14)。熱交換器被設(shè)計來在電需求低的情況下將暖水罐的容量和脫鹽能力擴張兩倍。兩個罐都使用分層的存儲方法來避免在部分滿的罐中溫度下降。
[0321]更多的問題為壞(下雨)天氣的時期，直接的太陽能輻射非常小。幸運地，用于脫鹽的水或冷卻的需求在該時期是可忽略的。這意味著可以使用有機蘭金設(shè)施將所有熱存儲轉(zhuǎn)換為電力。隨著改進的計算機建模，天氣預(yù)測在五天內(nèi)已經(jīng)變得精確，即，用于這期間的熱存儲可以實現(xiàn)。
[0322]熱電轉(zhuǎn)換的效率將通過使用太陽能集中器來輻射熱能到在低或負攝氏溫度的空間而改進。
[0323]參照圖19和20:對于具有多太陽能站的區(qū)域，這些面對風向的站可以用作連續(xù)的功率站的輻射預(yù)測器。這允許更精確的電功率的短期調(diào)度。對于即將到來的較大的云的情況，脫鹽產(chǎn)生被減少以支持熱存儲來具有足夠的能力用于蘭金功率產(chǎn)生。執(zhí)行這種功能的控制設(shè)施100可以為自動的。云的移動速度和方向可以通過檢測在不同接收器上對于即將到來的云的覆蓋速度和方向來測量到。該測量例如由象限檢測器來執(zhí)行，該象限檢測器已經(jīng)是兩個軸線追蹤器的一部分。然后這種輸入被饋送到控制系統(tǒng)100以確定云的軌跡，并且確定相鄰的電站是否以及何時將被影響。該監(jiān)測可以持續(xù)執(zhí)行。在主發(fā)電區(qū)域300之外，分散的“計量”接收器陣列301-303被放置，它們可以供給單獨的房子和小村，但是主要用作用于主功率站的合適的調(diào)度策略的“預(yù)警”站。這些陣列必須大到足夠能檢測云的速度和方向。
[0324]接下來，控制系統(tǒng)100可以被設(shè)計來根據(jù)天氣預(yù)測調(diào)節(jié)緩沖能量。功率站的能力計劃現(xiàn)在與天氣預(yù)報耦合。在預(yù)測到的降雨之前，可以減少脫鹽來累積用于發(fā)電的熱量，以彌補在下雨期間直接太陽能輻射的缺失。由于降雨期間對于水的較低需求，這容易被補償。熱的累積和熱存儲的擴充通過運行冷卻劑經(jīng)由CPVT變熱來犧牲電場而完成。
[0325]2.3.3.特定的實施方式細節(jié)
[0326]可以設(shè)想許多可選的特征，一些特征已經(jīng)在2.1節(jié)和2.3節(jié)提到。
[0327]首先，集熱器22和PV模塊21可以被實施為諸如在2.2節(jié)中描述的。類似地，接收器可以進一步包括鏡元件74，諸如在圖6-7中描繪的。后者在中間部分75(圖9)中提供，并且優(yōu)選為通過相同的回路72熱連接到收集器熱存儲器42，回路72將集熱器22連接到收集器熱存儲器42。
[0328]該接收器還可以包括:
[0329]-帶通濾波器76，如2.2節(jié)中描述的；
[0330]-集中器(圖10、27、27a，27b,271)，具有在2.2節(jié)中描述的任意特征。
[0331]涉及的操作方法:反饋算法還可以基于熱需求，以產(chǎn)生水，冷凍或饋入另一個熱處理，而且不僅基于功率需求。此外，蘭金引擎可以反復(fù)運行，以助于“泵”上存儲的熱?？赡娴奶m金引擎能有助于電網(wǎng)服務(wù)，其使得在蘭金引擎器上的投資使用得更長更有價值。
[0332]3.附加的技術(shù)實施方式細節(jié)
[0333]最終，圖20示出適于實施本發(fā)明的方面的計算機化單元的例示性實施例。應(yīng)該理解本文描述的方法大部分是非交互的且自動的。在例示性實施例中，本文描述的方法可以在互動的、部分互動的或非互動的系統(tǒng)中被實施。上述的方法可以部分由軟件實施(例如固件)、硬件或它們的結(jié)合。在例示性實施例中，本文描述的方法以軟件實施，作為可執(zhí)行程序，并且由專用的或通用的數(shù)字計算機執(zhí)行，例如個人計算機、工作站、迷你計算機、或大型計算器。因此系統(tǒng)100包括通用計算機101。
[0334]在例示性實施例中，在硬件架構(gòu)方面，如在圖20中所示，計算機101包括處理器105、耦合到存儲器控制器115的存儲器110，以及一個或多個輸入和/或輸出(I/O)設(shè)備140、145 (或者外圍設(shè)備)，它們通過本地輸入/輸出控制器135通信地耦合。輸入/輸出控制器135可以但不限于一個或多個總線，或其它的有線或無線的連接，如現(xiàn)有技術(shù)已知的。輸入/輸出控制器135可以具有附加的元件，它們?yōu)榱撕喢髌鹨姸÷粤耍T如控制器、緩存器(高速緩存)、驅(qū)動器、中繼器和接收器，以允許通信。此外，本地接口可以包括地址、控制、和/或數(shù)據(jù)連接來允許在上述的部件之間合適的通信。如這里描述的I/O設(shè)備140、145可以為任何現(xiàn)有技術(shù)已知的通用的圖形卡或智能卡。
[0335]處理器105為用于執(zhí)行軟件的硬件設(shè)備，特別是存儲在存儲器110中的。處理器105可以為任何定制的或市售的處理器、中央處理單元(CPU)、協(xié)助計算機101的幾個處理器之間的輔助處理器、基于半導(dǎo)體的微處理器(以微芯片或芯片組的形式)，微處理器或一般性的用于執(zhí)行軟件指令的任何設(shè)備。
[0336]存儲器110可以包括易失性存儲器元件(例如，隨機存儲器，RAM、諸如DRAM、SRAM、SDRAM等)和非易失性存儲器元件(例如，ROM、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、磁帶、壓縮碟只讀存儲器(CD-ROM)、碟、軟盤、盒、盒式磁帶或類似物等)。此外，存儲器110可以合并電子、磁、光學(xué)和/或其他類型的存儲媒體。注意存儲器110可以具有分布式結(jié)構(gòu)，其中各種部件彼此遠離布置，但是由處理器105讀取。
[0337]存儲器110中的軟件可以包括一個或多個單獨的程序，它們中的每個包括定制的用于實施邏輯功能的可執(zhí)行指令列表。在圖20的示例中，存儲器110中的軟件包括根據(jù)例示性實施例在本文描述的方法和合適的操作系統(tǒng)(OS) 111。OSlll基本控制其他計算機程序的執(zhí)行，諸如本文描述的方法，并提供目錄、輸入-輸出控制、文件和數(shù)據(jù)管理，存儲器管理和通信控制以及相關(guān)的服務(wù)。
[0338]這里描述的方法可以為源程序、可執(zhí)行程序(目標代碼)、腳本或者任何其他包括一組用于執(zhí)行的指令的實體的形式。當在源程序形式中時，則該程序需要被編譯器、匯編器、解釋程序等轉(zhuǎn)換，它們可以或可以不包括在存儲器110中，從而與OSlll連接而合適地運行。此外，該方法可以被寫為面向?qū)ο蟪绦蛘Z言，其可以具有數(shù)據(jù)和方法的類，或者過程編程語言，其可以具有例程、子例程和/或函數(shù)。
[0339]本文描述的方法可以是以源程序、可執(zhí)行程序(對象代碼)、腳本的形式，或包括一組要被執(zhí)行的指令的任意其它實體。當在源程序中的形式時，則該程序需要經(jīng)由編譯器、匯編器、解釋器或類似物被編譯，其可以或可以不被包括在存儲器110內(nèi)，以便在與OSlll連接時正確地操作。此外，該方法可以被寫為一個面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，其具有數(shù)據(jù)和方法的類，或者程序的編程語言，它具有例程、子例程、和/或函數(shù)。
[0340]在不例性實施例中，傳統(tǒng)的鍵盤150和鼠標155可以被I禹合到輸入/輸出控制器135。其他的輸出設(shè)備,諸如I/O設(shè)備140、145可以包括輸入設(shè)備,例如但不限于打印機、掃描儀、麥克風等。最后，I/O設(shè)備140、145可以進一步包括與輸入和輸出兩者通信的設(shè)備，例如但不限于網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)或調(diào)制器/解調(diào)器(用于訪問其他文件、設(shè)備、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò))，無線射頻(RF)或其他的收發(fā)器、電話接口、網(wǎng)橋、路由器等。如本文描述的，I/O設(shè)備140、145可以為本領(lǐng)域已知的任何通用的圖形卡或智能卡。系統(tǒng)100可以進一步包括耦合到顯示器130的顯示控制器125。在示例性實施例中，系統(tǒng)100可以進一步包括用于耦合網(wǎng)絡(luò)165的網(wǎng)絡(luò)接口 160。網(wǎng)絡(luò)165可以為基于IP的網(wǎng)絡(luò)，用于經(jīng)由寬帶連接在計算機101和外部的服務(wù)器或客戶端等之間通信。網(wǎng)絡(luò)165在計算機101和外部系統(tǒng)300、301、302、303之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在示例性實施例中，網(wǎng)絡(luò)165可以是由服務(wù)提供者管理的受管IP網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)165可以以無線形式實施，例如，使用無線協(xié)議和技術(shù)，諸如WiF1、WiMax等。網(wǎng)絡(luò)165還可以為分組交換網(wǎng)，諸如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、因特網(wǎng)或其他類型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)165可以為固定的無線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)(LAN)、無線廣域網(wǎng)(WAN)、個人域網(wǎng)(PAN)、虛擬私人網(wǎng)絡(luò)(VPN)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或其他合適的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并包括用于接收和發(fā)送信號的裝置。
[0341]如果計算機101為PC、工作站、智能設(shè)備等，那么存儲器110中的軟件可以進一步包括基本的輸入輸出系統(tǒng)(B1S)(為了簡明起見省略)。B1S存儲在ROM中使得當計算機101被激活時B1S可以被執(zhí)行。
[0342]當計算機101在運行時，處理器105被配置來執(zhí)行存儲在存儲在存儲器110中的軟件，以將數(shù)據(jù)通信到存儲器110或從存儲器110中提取，并且根據(jù)該軟件一般性地控制計算機101的操作。本文描述的方法和0S111，以整體或以部分由處理器105讀取，或許緩存在處理器105內(nèi)，并且然后被執(zhí)行。
[0343]當本文描述的系統(tǒng)和方法的方面在軟件中實施時，如圖11所示，該方法可以被存儲在任何計算機可讀介質(zhì)中，例如存儲器120中，用于由任何計算機相關(guān)系統(tǒng)或方法或與任何計算機相關(guān)系統(tǒng)或方法相連地使用。
[0344]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，本發(fā)明的方面可以實施為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，所述方面可以使用整體硬件實施例、全部軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例實現(xiàn)，一般在本文被稱作“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，系統(tǒng)的各方面可以使用以實施為一個或多個具有計算機可讀程序代碼的可讀介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品。
[0345]可以使用任何一個或多個計算機可讀介質(zhì)的組合。計算機可讀介質(zhì)可以為計算機可讀信號介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)可以例如為但不限于電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或設(shè)備，或任何上述的合適的組合。計算機可讀存儲介質(zhì)的更特定的示例(非窮舉列表)將包括下列:具有一個或多個線的電連接、便攜式計算機軟盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式壓縮碟只讀存儲器(CD-ROM)、光學(xué)存儲器、磁存儲設(shè)備、或任何上述的合適組合。在本文的背景中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以為任何有形的介質(zhì)，它可以包含或存儲由指令執(zhí)行系統(tǒng)或連接到指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的程序。
[0346]計算機可讀信號媒體可以包括傳播的、計算機可讀程序代碼包含在其中的數(shù)據(jù)信號，例如，在基帶中或作為載波的一部分。這樣的傳播信號可以使用各種形式中的任何一種，包括但不限于電磁、光學(xué)、或它們?nèi)魏魏线m的組合。計算機可讀信號介質(zhì)可以為任何計算機可讀介質(zhì)，其不是計算機可讀存儲介質(zhì)并且可以通信、傳播或輸送由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或連接到其使用的程序。
[0347]可以使用任何適當?shù)慕橘|(zhì)發(fā)送包含在計算機可讀介質(zhì)中的程序代碼，包括但不限于無線、有線、光纖電纜、RF等，或者上述的任何合適的組合。
[0348]用于本發(fā)明方面的用于執(zhí)行操作的計算機程序代碼可以被寫為一種或多種程序語目的組合，包括面向?qū)ο缶幊陶Z目，諸如Java、Smalltalk、C++等和傳統(tǒng)的過程編程語言，例如“C”編程語言或類似的編程語言。程序代碼可以在用戶的計算機中整個執(zhí)行，部分在用戶的計算機中執(zhí)行或者作為單獨的軟件包，部分地在用戶的計算機且部分地在遠程計算機或整個在遠程計算機或服務(wù)器上執(zhí)行。在后者場景中，遠程計算機可以通過任何類型的網(wǎng)絡(luò)被連接到用戶的計算機，包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)，或連接可以由外部計算機做出(例如，通過使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商的因特網(wǎng))。
[0349]本發(fā)明的各方面參考根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖和/或框圖、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產(chǎn)品描述。應(yīng)該理解流程圖的每個方框和/或框圖可以由計算機程序指令執(zhí)行。這些計算機程序指令可以被提供到通用計算機、專用計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器來產(chǎn)生機器，使得經(jīng)由計算機的處理器或其他可編程數(shù)據(jù)處理裝置的指令，產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖和/或程序框圖或框中具體化的功能/動作的手段。
[0350]計算機程序指令還可以被加載到計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或其他裝置以使在計算機、其它可編程設(shè)備或其它設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖和/或方框圖方框或多個方框中指定的功能/動作的處理。
[0351]圖11、14和15中的流程圖/框圖示出系統(tǒng)可能的實施方式的架構(gòu)、功能、和操作，包括根據(jù)實施例的方法和計算機程序產(chǎn)品。在這個方面，流程圖或框圖中的每個框可以表示代碼的模塊、段或部分，其包括一個或多個用于實施特定的邏輯函數(shù)的可執(zhí)行指令。也應(yīng)該注意，在可替換的實施例中，在框中呈現(xiàn)的功能可以發(fā)生在圖中的指定的框之外。例如，順序示出的兩個框可以實際上被基本上同時執(zhí)行，或者框可以有時以相反的順序執(zhí)行，取決于涉及的功能。也應(yīng)該注意到框圖和/或流程圖的每個框，可以由專用的基于硬件的系統(tǒng)實現(xiàn)，其執(zhí)行特定功能或動作，或由專用硬件和計算機指令的組合實現(xiàn)。
[0352]盡管已經(jīng)參考某些實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解可以做出各種變化和用等同物代替而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可以做出許多修改來適應(yīng)特別的情況，這基于本發(fā)明的教導(dǎo)而沒有偏離它的范圍。所以，本發(fā)明的意圖非限于該揭露的特定實施例，而是本發(fā)明將包括所有的實施例，這所有的實施例都屬于所帶權(quán)利要求的范圍。例如:
[0353]-冷卻裝置可以依賴各種其他的歧管層設(shè)計/尺寸/材料；
[0354]-集熱器的熱面板可以設(shè)想各種其他的形狀/尺寸；
[0355]-附加的部件(本說明書提及的部件之外的)可以被添加圖10、14和15的系統(tǒng)中；
[0356]-為了簡明起見，在圖1-10、12_15和19-20的裝置和系統(tǒng)的描述中忽略了許多慣常部件。
[0357]最后，非窮舉的附圖標記如下:
[0358]1.用于基于光伏熱混合式太陽能接收器的設(shè)備和系統(tǒng)的附圖標記列表，圖6-10
[0359]10基于光伏熱混合式太陽能接收器的設(shè)備或系統(tǒng)
[0360]20光伏熱混合式太陽能接收器
[0361]21光伏模塊
[0362]210 光敏區(qū)域延伸平面
[0363]212光敏區(qū)域
[0364]22集熱器
[0365]220集熱器平面
[0366]231區(qū)域212與孔下端之間的最小的距離
[0367]232 平面210與平面220之間的距離
[0368]27集中器
[0369]271集中器的鏡元件
[0370]27a/27b集中器的定位裝置
[0371]28逆變器
[0372]30混合式PV接收器的定位裝置
[0373]68集熱器孔
[0374]68a集熱器孔下端
[0375]71/71a第一熱回路/第一熱回路部(光伏模塊的)
[0376]72/72a第二熱回路/第二熱回路部(集熱器的)
[0377]74鏡元件(輔助的光學(xué)器件)
[0378]75平面210與220之間的中間部分(閉合的空心斷面)
[0379]76帶通濾波器
[0380]77濾波器的空腔(或它的冷卻液)
[0381]80集中器的光學(xué)焦點
[0382]P0光伏模塊電氣輸出功率
[0383]2.用于CPVT系統(tǒng)的附圖標記列表，圖14-15、19、20
[0384]41光伏熱存儲器
[0385]42收集器熱存儲器
[0386]61系統(tǒng)熱交換器
[0387]62熱引擎(蘭金處理)，
[0388]63附加的系統(tǒng)熱交換器
[0389]63a熱交換器
[0390]64功率用戶(吸收、冷卻、脫鹽等)
[0391]64a脫鹽系統(tǒng)的饋入
[0392]65脫鹽水存儲器
[0393]100控制系統(tǒng)(控制單元/計算機化系統(tǒng))
[0394]300主 CPVT 發(fā)電廠
[0395]301-303 小型 CPVT 發(fā)電廠
[0396]Pd功率需求
[0397]Pd調(diào)度的功率
[0398]P0光伏模塊的電氣輸出功率
[0399]3.用于冷卻裝置的附圖標記列表，圖1-5
[0400]24熱傳遞結(jié)構(gòu)
[0401]25冷卻裝置
[0402]B1+1在層級I的分支因子
[0403]CiZC0流入/排出通道線路
[0404]CPi/CP。流入/排出通道部
[0405]CPihk對應(yīng)于第h個流入回路的CPih的第k個孔的通道部
[0406]CPt熱傳遞通道部
[0407]i/o流入/排出流體回路
[0408]L樹的層級的總數(shù)
[0409]L1樹結(jié)構(gòu)的第I層級
[0410]OiZO0流入/排出孔
[0411]Oihk由第h個流入回路的通道部CPih引起的第k個孔
[0412]sL子層
【權(quán)利要求】
1.一種芯片模塊冷卻裝置(25)，包括兩個流體回路，所述兩個流體回路分別對應(yīng)于流入流體回路Q)和排出流體回路(ο),其中所述兩個流體回路中的每一個流體回路: -包括形成樹結(jié)構(gòu)的孔(01、0。)和通道部(CPpCPtj)的布置，其中 ?所述樹結(jié)構(gòu)的支路表示所述孔；并且 ?所述樹結(jié)構(gòu)的節(jié)點表示所述通道部，支路將節(jié)點鏈接到僅一個子節(jié)點，從而具有相同的父節(jié)點的若干節(jié)點為同胞節(jié)點；并且 -延伸穿過所述樹結(jié)構(gòu)的L個層級(L1-L3),其中L彡3，并且經(jīng)由對應(yīng)于所述樹結(jié)構(gòu)的葉節(jié)點的通道部與所述兩個流體回路中的另一個流體回路處于流體連接， 并且其中，對于所述兩個流體回路中的每一個流體回路，對應(yīng)于同胞節(jié)點的通道部: -彼此平行；并且 -不平行于與所述同胞節(jié)點的父節(jié)點對應(yīng)的通道部， 并且其中所述流體回路中的一個流體回路的通道部與另一個所述流體回路的通道部平行并相間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片模塊冷卻裝置(25)，其中，在所述樹結(jié)構(gòu)的一個或多個層級，并且對于所述兩個流體回路中的每一個流體回路，與同胞節(jié)點對應(yīng)的通道部平行于與所述同胞節(jié)點的祖父節(jié)點對應(yīng)的通道部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片模塊冷卻裝置(25)，其中，在所述樹結(jié)構(gòu)的一個或多個層級處，并且對于所述兩個流體回路的每一個流體回路，與同胞節(jié)點對應(yīng)的所述通道部中的每個通道部沿著一個方向延伸，所述方向與所述同胞節(jié)點的父節(jié)點的延伸方向一起形成一對交叉線， 并且其中，優(yōu)選地，與同胞節(jié)點對應(yīng)的所述通道部跨越與所述同胞節(jié)點的父節(jié)點平行的平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的芯片模塊冷卻裝置(25)，其中對于I彡I彡L-1，在所述L個層級的每個層級L1，所述兩個流體回路的每一個流體回路包括: -所述孔的N1個孔，每個孔導(dǎo)向所述通道部的相應(yīng)的一個通道部；以及-N1個平行通道部，所述N1個通道部的每一個允許流體分布到下一個層級的B1+1個孔，其中:B1+1 = N1JN1 ;B2 彡 2 且 B3 彡 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芯片模塊冷卻裝置(25)，其中: -在所述L個層級的給定層級Lm，其中2L，所述流體回路的一個流體回路的孔的位置對應(yīng)于第一有限陣列的第一離散點，所述第一離散點由一組通過R = niai+n2a2定義的離散變換量R生成，其中Ii1和n2為整數(shù)并且B1和a2為線性獨立向量，并且其中: ?在層級Lnri處，通道部沿著或平行于延伸；并且 ?在層級Lm處，通道部沿著或平行于a2延伸；并且 -所述流體回路的另一個流體回路的孔的位置對應(yīng)于第二有限陣列的第二離散點，所述第二離散點由通過r = Xiai+X2a2定義的變換量r從所述第一有限陣列轉(zhuǎn)換而來，其中O< X1 < I 且 OS X2 < I,并且優(yōu)選 X1 = X2 = 1/2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的冷卻裝置，其中在所述L個層級次的至少一個層級L1中，所述兩個流體回路的每一個流體回路包括: -形成Na個嚴格平行的通道線路(C1、C。)的N1個通道部，其中B1 ( Ncl ( NijNc1個通道線路的每一個通道線路包括布置成直線的通道部，并且其中優(yōu)選Na = B”
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻裝置，其中在所述L個層級的每一個層級L1,所述兩個流體回路的每一個流體回路包括:形成B1個嚴格平行的通道線路(Cp C。)的N1個通道部，所述通道線路的每一個通道線路包括Bh個被布置成直線的通道部， 并且其中，優(yōu)選地， 在所述L個層級的一個或多個層級處，在給定通道線路中的通道部被連接來允許在所述給定通道線路中的從一個通道部到另一個通道部的流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻裝置，其中在所述L個層級的給定層級Lm處，其中I L，所述流入流體回路的Na個嚴格平行的通道線路(Ci)與所述排出流體回路的Na個嚴格平行的通道線路(C。)相間，所述流入流體回路的每個通道線路與所述排出流體回路的每個通道線路平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4到8中任一項所述的冷卻裝置，其中在所述L個層級的給定層級Lm處并且對于所述兩個流體回路的每個流體回路，Nffl個通道部的至少一些通道部具有非恒定的截面，并且優(yōu)選包括與所述Nm個孔的相應(yīng)一個孔面對面的擴大區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求4到9中任一項所述的冷卻裝置，其中在所述L個層級的給定層級Lm處，例如在層級L3處: -每組包括Bm個孔的兩組孔(Oilll^Otjl3k)被布置成與前一個層級Lnri的相應(yīng)的最外的通道(CPilPCPt5l3)對應(yīng)；并且 -所述兩組的Bm個孔的每個和/或它們相應(yīng)的通道部的每個具有沿著層級Lm的通道的延伸方向(X)減小的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的冷卻裝置，進一步包括熱傳遞結(jié)構(gòu)(24)，所述熱傳遞結(jié)構(gòu)(24)被配置用于將一個所述流體回路連接到另一個，其中所述熱傳遞結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括娃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的冷卻裝置，其中所述熱傳遞結(jié)構(gòu)包括熱傳遞通道部(CPtl311 > CPtl312)，所述熱傳遞通道部中的每一個將與所述流入流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的至少一個通道部(CPil31)連接到與所述排出流體回路的葉節(jié)點對應(yīng)的一個通道部(CPt5l31),并且其中，優(yōu)選地，每個熱傳遞通道沿著相對于其連接的所述通道部的延伸方向旋轉(zhuǎn)、優(yōu)選旋轉(zhuǎn)90°的方向延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項所述的冷卻裝置，其中所述層級中的一個層級的所有孔的橫截面區(qū)域累加的寬度與所述層級中的另一個層級的所有孔的橫截面區(qū)域累加的寬度基本上相等，相差±15%，所述另一個層級優(yōu)選為所有其他層級中的一個層級。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的冷卻裝置，其中所述L個層級的一個或多個層級包括兩個疊加的層(sL31、sL32)，所述兩個疊加的層的第一個層(SL31)包括作為通孔的所述孔，所述兩個疊加的層(SL32)的第二個層包括作為通孔的通道部，并且其中，優(yōu)選地，所述兩個疊加的層由不同的材料制成。
15.一種光伏接收器(20)，包括: -光伏模塊(21);以及 -權(quán)利要求1到14中任一項所述的冷卻裝置(25)，所述冷卻裝置(25)熱連接到所述光伏模塊。
【文檔編號】H01L23/473GK104170080SQ201380014785
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】W·埃舍爾, B·米歇爾, S·佩爾德斯 申請人:國際商業(yè)機器公司